發(fā)布時(shí)間：2018-08-14 16:07

【摘要】：微流控芯片作為生物化學(xué)的分析平臺(tái),近年來(lái)在細(xì)胞分析、DNA分析、藥物研究等眾多領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用,微流控芯片的制備是微流控芯片系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的研究?jī)?nèi)容。傳統(tǒng)的微流控芯片的制備一般是基于光刻方法進(jìn)行的,對(duì)加工設(shè)備的要求很高,價(jià)格昂貴,并且芯片制備周期較長(zhǎng),其他的微流控芯片制備方法如激光刻蝕法、熱壓法等也存在工藝復(fù)雜、成本較高的問(wèn)題,為了降低芯片的加工難度,一些研究者基于印刷電路板(Printed circuit board, PCB)來(lái)制備微流控芯片,不過(guò)依然存在鍵合成本較高、鍵合強(qiáng)度不牢的問(wèn)題。對(duì)此,本課題成功摸索出了一套廉價(jià)、快速、便捷的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)微流控芯片的加工工藝,與光刻法相比,芯片制備成本降到了原來(lái)的1/10,芯片制備周期縮短為了4天。進(jìn)一步地,基于采用PCB方法制備得到的PDMS微流控芯片,我們成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)液滴的有效操控,這對(duì)于液滴微流控具有重要的意義。主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下：1、基于使用PCB作為模具制備PDMS微流控芯片的可行性,我們用Protel設(shè)計(jì)了微流控芯片的結(jié)構(gòu),然后將PCB文件交給廠家制備得到PCB。以PCB作為陽(yáng)模,采用模塑法將PCB表面凸起的銅箔的形狀轉(zhuǎn)印到PDMS上,采用熱壓法將表面有微流道結(jié)構(gòu)的PDMS與一片平整的PDMS鍵合,實(shí)現(xiàn)PDMS微流控芯片的制備。通過(guò)對(duì)芯片的顯微結(jié)構(gòu)的分析,我們發(fā)現(xiàn)制備得到的芯片的流道的深度為70um,流道寬度的最小尺寸可以達(dá)到150um；從芯片的微流體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看,芯片沒(méi)有發(fā)生阻塞和漏液現(xiàn)象,證明了芯片的強(qiáng)度可以耐受流體的壓力。2、基于PCB的方法,我們制備了具有T型結(jié)構(gòu)和流動(dòng)聚焦結(jié)構(gòu)的PDMS微流控芯片。然后,我們分別在兩個(gè)芯片上進(jìn)行了油相速度為50ul/h、80ul/h、100ul/h,水相速度分別從10ul/h到50ul/h下的液滴產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)。我們統(tǒng)計(jì)了油相速度為50ul/h、水相速度為10ul/h下,兩種結(jié)構(gòu)生成液滴的大小和頻率,發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)生成的液滴大小是比較均一的、生成液滴的頻率也是比較穩(wěn)定的。進(jìn)一步地,我們統(tǒng)計(jì)了不同油相速度和水相速度下,兩種結(jié)構(gòu)生成液滴的大小,發(fā)現(xiàn)生成液滴的大小與油相速度成反比,與水相速度成正比。3、基于PCB的方法,我們制備了不同結(jié)構(gòu)的PDMS微流控芯片,實(shí)現(xiàn)了對(duì)液滴的基本操控。具體包括：(1)、在微流道中分別引入了對(duì)稱(chēng)T型和不對(duì)稱(chēng)T型結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了液滴的等分分裂和不等分分裂；(2)、在微流道中引入一個(gè)腔體實(shí)現(xiàn)了液滴的融合,并通過(guò)一個(gè)Y型結(jié)構(gòu)改變了融合后液滴的表面活性劑的濃度,增加了融合后的液滴的表面張力和穩(wěn)定性；(3)、在微流道中引入了一個(gè)蛇形彎曲結(jié)構(gòu)來(lái)拉伸折疊液滴,從而實(shí)現(xiàn)了液滴內(nèi)組分的有效混合；(4)、在微流道中引入了一個(gè)T型結(jié)構(gòu),在一個(gè)已有液滴中引入了新的組分,從而實(shí)現(xiàn)了液滴加樣的功能；(5)、在微流道中引入了兩個(gè)不同寬度的流道,制備了一個(gè)具有兩個(gè)深度的PDMS微流控芯片,基于大小液滴的流阻的不同,實(shí)現(xiàn)了大小液滴的有效分選。
[Abstract]:Microfluidic chips have been widely used in many fields, such as cell analysis, DNA analysis and drug research. The preparation of microfluidic chips is a very important research content in microfluidic chips. In order to reduce the difficulty of chip fabrication, some researchers fabricate microfluidics based on printed circuit board (PCB) in order to reduce the difficulty of chip fabrication. However, there are still some problems such as the high cost of bonding synthesis and the weak bonding strength. In this paper, a cheap, fast and convenient processing technology of polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic chip has been successfully explored. Compared with photolithography, the cost of chip preparation has been reduced to 1/10 of the original, and the cycle of chip preparation has been reduced. Further, based on the PDMS microfluidic chip fabricated by PCB method, we have successfully realized the effective control of droplets, which is of great significance for droplet microfluidic control. The main research contents and achievements are as follows: 1. Based on the feasibility of using PCB as a mold to fabricate PDMS microfluidic chip, we use Protel to set it up. The structure of the microfluidic chip is considered, and then the PCB file is handed over to the manufacturer to prepare the PCB. The shape of the copper foil on the surface of the PCB is transferred to the PDMS by molding method. The PDMS with the microfluidic structure on the surface is bonded with a flat PDMS by hot pressing method to realize the preparation of the PDMS microfluidic chip. Microstructure analysis showed that the depth of the channel was 70 um and the minimum width of the channel was 150 um. According to the results of microfluidic experiment, there was no blockage and leakage, which proved that the strength of the chip could withstand the pressure of the fluid. 2. Based on the PCB method, we fabricated the chip. PDMS microfluidic chips with T-type structure and flow focusing structure were used. Then, the droplet generation experiments were carried out on the two chips with oil phase velocity of 50 ul/h, 80 ul/h and 100 ul/h, and water phase velocity of 10 ul/h to 50 ul/h, respectively. Furthermore, we calculated the droplet size of the two structures under different oil phase velocities and water phase velocities. It was found that the droplet size was inversely proportional to the oil phase velocity and was proportional to the water phase velocity. Methods: PDMS microfluidic chips with different structures were fabricated to realize the basic manipulation of droplets, including: (1) symmetrical T-type and asymmetrical T-type structures were introduced into the microfluidic channel to realize the equal and unequal splitting of droplets; (2) a cavity was introduced into the microfluidic channel to realize the fusion of droplets. The Y-shaped structure changed the concentration of surfactant and increased the surface tension and stability of the fused droplets; (3) a snake-shaped bending structure was introduced to stretch the folded droplets in the micro-channel, thus achieving effective mixing of the components in the droplets; (4) a T-shaped structure was introduced in the micro-channel and a T-shaped structure was introduced in the micro-channel. New components were introduced into the existing droplets to realize the function of droplet sampling. (5) Two different width channels were introduced into the micro-channel, and a PDMS microfluidic chip with two depths was fabricated.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN492

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本文編號(hào)：2183396