【摘要】：生物傳感是通過特定生物分子識(shí)別和信號轉(zhuǎn)換元件將目標(biāo)識(shí)別轉(zhuǎn)化為可測量的光電增強(qiáng)信號,實(shí)現(xiàn)分子水平的高靈敏度檢測,推動(dòng)以分子特征變化為基礎(chǔ)的生化檢測技術(shù)的發(fā)展。在眾多生物傳感方式中、以單球探針為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)檢測的方法受到研究者的高度重視。單球探針的精確控制、與待測樣本的有效混合是實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)檢測的關(guān)鍵。雖然傳統(tǒng)方式可以實(shí)現(xiàn)流體的有效混合,但是單球探針體積微小,很難實(shí)現(xiàn)精確控制。微流控芯片因具有相容的長度體積比,非常適合單粒子操縱。微混合器可以克服層流狀態(tài)下微流體混合緩慢而低效的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方式無法實(shí)現(xiàn)的快速高效混合。將微流控技術(shù)與介電電泳技術(shù)相結(jié)合可以精確的控制微納米粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡以實(shí)現(xiàn)單粒子的精確操縱。本文對芯片中流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和粒子的受力特征進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)具有混合與捕獲功能的微流控芯片,以實(shí)現(xiàn)單球探針的精確性控制,為樣本的定點(diǎn)檢測奠定基礎(chǔ)。本文首先探討了基于介電泳力的單粒子捕獲機(jī)理。以單誘導(dǎo)偶極子模型為基礎(chǔ)推導(dǎo)出球型粒子所受介電泳力表達(dá)式。利用均質(zhì)模型研究了聚苯乙烯微球的頻率響應(yīng)特性,分析了介電泳力的類型與頻率、粒徑以及懸浮介質(zhì)電導(dǎo)率之間的關(guān)系。并對粒子進(jìn)行受力分析,忽略對粒子軌跡影響較小的作用力,為簡化數(shù)值模型提供理論依據(jù)。其次利用微流控技術(shù)、介電電泳原理以及被動(dòng)式微混合器設(shè)計(jì)規(guī)則,設(shè)計(jì)了單球探針捕獲芯片。一方面利用數(shù)值仿真方式求解三維Navier-Stokes方程和對流擴(kuò)散方程,分析了流體在微通道內(nèi)的流動(dòng)形式及濃度分布特征,通過評估不同流速下的混合效率指數(shù)和壓降,確定最佳的微混合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另一方面通過求解Maxwell方程分析電場分布特征,通過改變電極周圍的電阻率和介電常數(shù)誘導(dǎo)電場發(fā)生畸變,使得場強(qiáng)主要分布在預(yù)設(shè)區(qū)域以實(shí)現(xiàn)單粒子的定點(diǎn)捕獲。3D數(shù)值仿真結(jié)果從理論上驗(yàn)證該芯片不僅能實(shí)現(xiàn)流體間的快速高效混合,而且可通過絕緣子結(jié)構(gòu)來改變電場的分布狀態(tài)。通過調(diào)整流體的注入速度以及外加電場的大小、頻率實(shí)現(xiàn)了單粒子定點(diǎn)捕獲,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供參考數(shù)據(jù)。最后利用制備的微流控芯片為實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái),通過注射泵控制注射器的注入速度,將去離子水和染色的無水乙醇通過不同的入口同時(shí)注入微通道內(nèi),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該微流控芯片對層流流體快速混合的有效性。然后利用注射泵將聚苯乙烯微球懸浮液注入微通道內(nèi),通過調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器的輸出電壓和頻率控制作用在微球上的介電泳力,實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了該微流控芯片定點(diǎn)捕獲單粒子的可行性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q503;TN492;TP212.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃海鵬;陶玲;楊宇軒;錢志余;李韙韜;;用于微流控芯片的全波長實(shí)時(shí)熒光檢測系統(tǒng)研制[J];生命科學(xué)儀器;2018年06期

2 范一強(qiáng);王洪亮;張亞軍;;低成本聚合物微流控芯片加工技術(shù)綜述[J];傳感器與微系統(tǒng);2019年05期

3 陳凱麗;劉珍珍;王朋林;鄭玲;菅復(fù)春;;微流控芯片檢測方法及其在畜牧獸醫(yī)上的應(yīng)用[J];動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展;2019年05期

4 孫薇;陸敏;李立;張?jiān)佭m;;微流控芯片技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J];中國國境衛(wèi)生檢疫雜志;2019年03期

5 齊云;李暉;米佳;胡少勤;賴凡;張玉蕾;;醫(yī)用微流控芯片研究進(jìn)展[J];微電子學(xué);2019年03期

6 范一強(qiáng);柴東平;黃磊;崔汝兵;張亞軍;;微流控芯片的標(biāo)準(zhǔn)化探索與展望[J];標(biāo)準(zhǔn)科學(xué);2019年07期

7 蔣麗莉;鄭峻松;李艷;鄧均;方立超;黃輝;;基于微流控芯片的體外血腦屏障模型構(gòu)建[J];中國生物工程雜志;2017年12期

8 孟婷婷;;微流控芯片的發(fā)展歷程[J];山東工業(yè)技術(shù);2018年13期

9 任蘋;劉京;藺日勝;劉楊;黃美莎;胡勝;徐友春;李彩霞;;基于微流控芯片的72重單核苷酸多態(tài)性族群推斷系統(tǒng)的構(gòu)建[J];色譜;2018年07期

10 李亞楠;丁偉;;自制簡易微流控芯片在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J];教育與裝備研究;2017年08期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李麗瀟;黃濤宏;端裕樹;;一種基于微流控芯片電泳的對混合肉中各肉成分的定量測定方法[A];第二十屆全國色譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)及儀器展覽會(huì)論文集（第三分冊）[C];2015年

2 林金明;林雪霞;易伶潞;;微流控芯片上基于核酸適配體的蛋白質(zhì)檢測方法的研究[A];第二十屆全國色譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)及儀器展覽會(huì)論文集（第一分冊）[C];2015年

3 吳靜;陳秋水;李海芳;林金明;;微流控芯片上細(xì)胞相互作用及納米量子點(diǎn)的毒性研究[A];第十屆全國生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2014年

4 韓建華;李少華;張建平;江龍;;一種微流控芯片的封接方法及其應(yīng)用[A];中國化學(xué)會(huì)第十二屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

5 黃均明;趙云莎;劉榮軍;趙書林;;金納米粒子催化微流控芯片電泳化學(xué)發(fā)光同時(shí)檢測人血清中抗壞血酸和尿酸[A];中國化學(xué)會(huì)第十五屆全國有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

6 徐濤;岳婉晴;李卓榮;姚新生;蔡國平;楊夢u&;;使用整合的微流控芯片研究單個(gè)懸浮細(xì)胞對機(jī)械刺激的響應(yīng)[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第03分會(huì)場摘要集[C];2010年

7 岳婉晴;徐濤;李卓榮;楊夢蘇;;基于傳統(tǒng)絲印技術(shù)快速制備低成本微流控芯片方法的研究[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第09分會(huì)場摘要集[C];2010年

8 高麗娜;丁惠;徐建棟;呂雪飛;鄧玉林;陳輝;高丹丹;;微流控芯片應(yīng)用進(jìn)展[A];全國生物醫(yī)藥色譜學(xué)術(shù)交流會(huì)（2010景德鎮(zhèn)）論文集[C];2010年

9 劉文明;李立;任麗;王雪琴;涂琴;張艷榮;王建春;許娟;王進(jìn)義;;基于微流控芯片技術(shù)的生命分析方法研究[A];中國化學(xué)會(huì)第十屆全國發(fā)光分析學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

10 林金明;吳靜;魏慧斌;陳秋水;;微流控芯片上細(xì)胞的藥物代謝及毒性研究[A];中國毒理學(xué)會(huì)獸醫(yī)毒理學(xué)與飼料毒理學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)暨獸醫(yī)毒理專業(yè)委員會(huì)第4次全國代表大會(huì)會(huì)議論文集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 徐錚奎;國外微流控芯片研發(fā)進(jìn)展迅速[N];中國醫(yī)藥報(bào);2016年

2 記者 羅冰 通訊員 胡永峰;微流控芯片可測出SARS病毒[N];科技日報(bào);2003年

3 化學(xué)系;林金明課題組微流控芯片細(xì)胞分析方法研究取得新進(jìn)展[N];新清華;2015年

4 大學(xué)生記者團(tuán) 安薪竹 記者 任晶惠;體檢有望只需“一滴血”[N];大連日報(bào);2006年

5 本報(bào)記者 馬艷紅;問路IVD產(chǎn)業(yè)：讓高端技術(shù)“接地氣”[N];中國醫(yī)藥報(bào);2014年

6 檢科宣;中國檢科院國家科技攻關(guān)計(jì)劃課題研究取得新成果[N];中國國門時(shí)報(bào);2007年

7 慧聰;體檢只需“一滴血”測試芯片研制成功[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2006年

8 本報(bào)記者 申明;讓呼吸道疾病診治不再“盲人摸象”[N];科技日報(bào);2018年

9 本報(bào)記者 劉茜 陳建強(qiáng);守著實(shí)驗(yàn)室過春節(jié)[N];光明日報(bào);2019年

10 記者 李瑤;又一特殊審批醫(yī)械上市[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報(bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 朱燦燦;病原體核酸一體化并行檢測微流控芯片研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 朱近赤;細(xì)胞相互作用分析的微流控芯片新方法研究[D];華中科技大學(xué);2019年

3 劉文佳;以碳納米管為傳熱介質(zhì)的紅外加熱便攜式PCR平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2018年

4 馮相松;基于分裂重組與漩渦誘導(dǎo)的被動(dòng)微混合機(jī)理及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

5 熊孟;微流控芯片中聚N-異丙基丙烯酰胺的光圖案化制備及其應(yīng)用研究[D];南京大學(xué);2014年

6 李天嬋;腸出血性大腸桿菌快速檢測芯片的制備及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 何子怡;基于核酸表面標(biāo)記和微流控芯片平臺(tái)的細(xì)胞研究[D];清華大學(xué);2017年

8 胡善文;多功能微流控陣列芯片的制備及其應(yīng)用研究[D];南京大學(xué);2015年

9 張怡;構(gòu)建一種用于研究精子趨化特性的多通道濃度梯度微流控芯片[D];武漢大學(xué);2016年

10 李思fs;高頻聲波集成的微流控芯片用于顆粒的表征與驅(qū)動(dòng)[D];武漢大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳玲;可穿戴汗液收集微流控芯片的制備及其相關(guān)物理參數(shù)分析[D];湘潭大學(xué);2019年

2 朱培胤;基于微導(dǎo)能陣列的聚碳酸酯微流控芯片超聲鍵合[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 剛澤輝;數(shù)字微流控芯片驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

4 阿里亞·阿不力米提;基于城垛結(jié)構(gòu)的細(xì)菌培養(yǎng)芯片及抗生素敏感性分析研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

5 田露露;基于微流控芯片技術(shù)的仙鶴草抗肝腫瘤藥效物質(zhì)及初步作用機(jī)制研究[D];遼寧中醫(yī)藥大學(xué);2019年

6 張晨煜;基于微流控芯片的人淋巴細(xì)胞捕獲關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科技大學(xué);2017年

7 劉江濤;基于微流控芯片單球探針的捕獲研究[D];大連理工大學(xué);2019年

8 于洪建;實(shí)時(shí)快速調(diào)控觀測點(diǎn)動(dòng)態(tài)生化信號的微流控芯片系統(tǒng)[D];大連理工大學(xué);2019年

9 王玲玲;基于雙噴霧微流控芯片—質(zhì)譜的精確質(zhì)荷比的測定和酶促反應(yīng)的在線檢測[D];華中師范大學(xué);2016年

10 郭玉祥;微流控圖像處理方法在亞硝酸鹽快檢中的應(yīng)用研究[D];安徽理工大學(xué);2019年

，

本文編號：2642381