本文關(guān)鍵詞：粒子連續(xù)分離介電泳微流控芯片的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：介電電泳技術(shù)利用交流電場對(duì)粒子的極化實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的分離、富集等操作,常規(guī)介電電泳對(duì)粒子的分離之后的收集過程較為復(fù)雜,且消耗時(shí)間長。本文以介電電泳和微流芯片中的流體流動(dòng)為基礎(chǔ),對(duì)粒子在介電電泳芯片芯片的受力進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了集成傾斜陣列叉指電極的介電泳微流控芯片,以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的連續(xù)分離,為快速制備細(xì)胞樣品奠定基礎(chǔ)。本文主要研究內(nèi)容包括以下方面:首先對(duì)介電電泳粒子分離的理論進(jìn)行研究,由球形粒子的偶極矩推導(dǎo)出粒子所受介電泳力的表達(dá)式,總結(jié)粒子所受介電泳力大小的影響因素。采用同心球殼模型對(duì)聚苯乙烯微球,NB4細(xì)胞以及酵母菌細(xì)胞三種不同類型粒子頻率響應(yīng)特性,研究粒子所受介電泳力類型與交流信號(hào)頻率、溶液電導(dǎo)率之間的關(guān)系。分析粒子在介電泳芯片中的受力,對(duì)粒子的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。其次,根據(jù)粒子在介電泳芯片中的受力,設(shè)計(jì)粒子連續(xù)介電泳芯片的結(jié)構(gòu),在芯片中布置傾斜陣列叉指電極,將介電泳力與流體水動(dòng)力相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的操作,建立芯片的數(shù)學(xué)模型,利用Comsol Multiphysis軟件對(duì)芯片內(nèi)部電場、介電泳力進(jìn)行仿真分析,優(yōu)化介電泳芯片的電極和微流通道的參數(shù)。根據(jù)介電泳芯片的功能,選擇微電極和微流通道的材料,利用光刻工藝在ITO玻璃上加工出微電極結(jié)構(gòu),模塑法制作出PDMS微流通道,最后鍵合成完整的介電泳芯片。最后,利用制備的介電泳芯片在介電泳實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行粒子分離實(shí)驗(yàn)研究。以聚苯乙烯微球和酵母菌細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,優(yōu)化交流信號(hào)的大小及頻率,并對(duì)二者進(jìn)行介電泳分離實(shí)驗(yàn)。分析注射泵速率對(duì)粒子軌跡的影響,優(yōu)化流體的流速。采用傾斜陣列叉指電極對(duì)NB4和酵母菌細(xì)胞進(jìn)行分離,酵母菌細(xì)胞受到正介電泳力和流體水動(dòng)力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),沿電極傾斜方向運(yùn)動(dòng),NB4細(xì)胞受到的介電泳力較小,未發(fā)生偏轉(zhuǎn),沿通道流出,二者實(shí)現(xiàn)了分離,驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的介電泳芯片對(duì)粒子實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離的可行性。
【關(guān)鍵詞】：介電電泳 流體水動(dòng)力 微流控芯片 粒子分離 Comsol
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN492
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 課題研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 粒子分選方法11-17
• 1.2.2 介電泳技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.3 課題的主要研究內(nèi)容19-21
• 2 介電電泳粒子分離理論基礎(chǔ)21-37
• 2.1 偶極矩21-23
• 2.2 介電泳力23-25
• 2.3 粒子受到的其他作用力25-27
• 2.4 粒子的受力分析27-28
• 2.5 不同類型粒子的頻率響應(yīng)特性分析28-36
• 2.5.1 聚苯乙烯微球的頻率響應(yīng)特性分析29-32
• 2.5.2 NB4細(xì)胞的頻率響應(yīng)特性分析32-34
• 2.5.3 酵母菌細(xì)胞的頻率響應(yīng)特性分析34-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 3 介電泳芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真研究37-46
• 3.1 介電泳芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-38
• 3.2 介電泳芯片數(shù)值仿真38-40
• 3.2.1 介電泳芯片仿真模型38-40
• 3.2.2 邊界條件40
• 3.3 數(shù)值仿真結(jié)果與分析40-43
• 3.3.1 電場分布40-41
• 3.3.2 介電泳力的分布41-43
• 3.4 電極和微流通道參數(shù)優(yōu)化43-45
• 3.4.1 電極寬度和間距對(duì)介電泳力的影響43-44
• 3.4.2 微流通道的高度對(duì)介電泳力的影響44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 介電泳微流控芯片的制備46-52
• 4.1 芯片加工材料46-47
• 4.1.1 基底材料46
• 4.1.2 微電極材料46-47
• 4.1.3 微流通道的材料47
• 4.2 介電泳芯片微電極的制作47-48
• 4.3 介電泳芯片微流通道的制作48-50
• 4.4 介電泳芯片的封接50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 介電電泳粒子分離實(shí)驗(yàn)研究52-62
• 5.1 介電電泳實(shí)驗(yàn)平臺(tái)52-53
• 5.2 介電泳實(shí)驗(yàn)懸浮溶液的配制53
• 5.2.1 聚苯乙烯微球和酵母菌懸浮溶液的配制53
• 5.2.2 NB4細(xì)胞懸浮溶液的配制53
• 5.3 介電泳粒子分離實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化53-57
• 5.3.1 交流信號(hào)峰值的優(yōu)化53-54
• 5.3.2 交流信號(hào)頻率的優(yōu)化54-55
• 5.3.3 聚苯乙烯微球和酵母菌在不同頻率下的介電泳響應(yīng)55-56
• 5.3.5 注射泵速率的優(yōu)化56-57
• 5.4 聚苯乙烯微球和酵母菌細(xì)胞的介電泳分離57-58
• 5.5 NB4細(xì)胞和酵母菌細(xì)胞介電泳連續(xù)分離58-60
• 5.6 分離效率的計(jì)算60-61
• 5.7 常規(guī)介電泳分離與介電泳連續(xù)分離的比較61
• 5.8 本章小結(jié)61-62
• 6 總結(jié)與展望62-63
• 6.1 工作總結(jié)62
• 6.2 工作展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果69-70
• 致謝70-71

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本文編號(hào)：252551