【摘要】：微流控芯片是建立在微納米尺寸空間內(nèi)對流體流動進行操控的研究,是近年來微流控領(lǐng)域的新分支,廣泛應(yīng)用于化學、生物、軍事等領(lǐng)域。隨著芯片制備技術(shù)的成熟,已發(fā)展了諸如光刻法、注塑法、模塑法、熱成型法等多種工藝,然而受制備工藝和手段的限制芯片微流道多以矩形截面為主,存在加工小尺度困難,加工費用昂貴等缺點。在微液滴的生成方面,生成方法有主動法和被動法等多種,包括T型通道法、氣動法等,目前類似方法的研究主要建立在矩形截面微通道內(nèi),其可控性、流體流動性以及高通量性等都有待提高。本文提出一種基于熱變形原理制作的玻璃圓截面微通道和PDMS基底及上蓋集成的夾心式T型微流控芯片的結(jié)構(gòu)及制備工藝,并對該芯片中液滴的生成機理研究。該方法改變了傳統(tǒng)的加工工藝,加工簡單,成本低,并且流體流動性好,減小了液滴尺寸,提高了液滴通量。主要工作為:1、分析了常見的無量綱參數(shù),液滴動力學中微通道的濕潤性、接觸角和Marangoni效應(yīng)對液滴生成的影響;建立了各個主要影響參數(shù)之間的相互關(guān)系,為仿真模型里影響液滴大小因素的分析奠定了理論基礎(chǔ)。2、以兩相流基本理論為基礎(chǔ),建立液滴生成的數(shù)值模型。以T型微通道為基礎(chǔ),分別通過微通道的濕潤性、界面張力、連續(xù)相粘度、連續(xù)相流速以及毛細數(shù)等對形成液滴大小的影響進行仿真分析,驗證了圓截面微通道內(nèi)液滴的可控性;以等截面面積為基準,相同物性流體為載體,得出圓截面相比矩形截面微通道內(nèi)生成液滴直徑減小約10μm,驗證了圓形截面微通道芯片的優(yōu)越性。為液滴制備實驗中液滴大小的操控提供了參數(shù)依據(jù)。3、提出一種夾心式圓截面微通道微流控芯片的結(jié)構(gòu)及其制備方法。芯片結(jié)構(gòu)主要包括底板層、通道層、蓋板層,其中通道層是通過石蠟微球作為犧牲材料將毛細管連接。搭建了毛細管的拉制平臺、石蠟微球的制備平臺以及最終制備芯片的實驗平臺,實現(xiàn)了拉制毛細管直徑在10-300μm可控;對實驗過程以及涉及的控制參數(shù)進行分析,完成了芯片的加工,為后續(xù)的液滴制備實驗及結(jié)果分析提供實驗平臺基礎(chǔ)。4、以自制微流控芯片(R1/R2=250/100μm)開展液滴制備實驗。以硅油、去離子水分別作為連續(xù)相和分散相進行液滴制備,通過改變連續(xù)相粘度和流速等參數(shù),實驗獲得了不同大小的液滴,尺寸隨粘度或流速的增加呈指數(shù)型或?qū)?shù)型函數(shù)線性變化,液滴直經(jīng)與理想的仿真結(jié)果相比較誤差小于10μm,有效的驗證了圓截面微通道內(nèi)生成液滴的可控性以及穩(wěn)定性,也進一步顯現(xiàn)了本文提出的芯片結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。
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杭州電子科技大學碩士學位論文用時應(yīng)格外注意。比如說，微流控芯片對于具有易發(fā)生化學反應(yīng)和腐蝕性等性質(zhì)的改變一般比較敏感，所以，應(yīng)及時注意由于性質(zhì)的變化給檢測能力、電滲性能及后期使用等帶來的影響。又如，通道尺寸比較微小，在實驗時試劑容易造成微通道的堵塞，，操作時要格外注意。同時，在設(shè)計和加工方面也會存在一些流程復(fù)雜、周期較長等難題[21]。

圖 1.1 多重乳液的制備 圖 1.2 微液滴的應(yīng)用簡圖1.2 微流控芯片制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀在微全分析系統(tǒng)的概念被提出以后，陸續(xù)得到研究者在不同領(lǐng)域的大量研究，其中就包括微流控芯片的制備技術(shù)。在常見微流控芯片制備中，不同加工材料對應(yīng)的加工方法也有很大的差別，目前使用最多的材料是玻璃、硅以及高分子材料，下面對相應(yīng)的重要加工方法進行介紹。1.2.1 玻璃和硅材料芯片加工方法玻璃和硅是微電子加工中常見的加工材料之一，目前，常見的加工技術(shù)方法眾多，在微流控芯片制備過程中最常用的有光刻法、刻蝕法和薄膜的制備等方法。光刻主要是在掩模上設(shè)計圖形，應(yīng)用曝光原理將圖形轉(zhuǎn)移到光膠上的一種工藝[22, 23]�？涛g工藝主要是對以上描述的光刻技術(shù)完成后進行腐蝕，讓上述光刻所得到的圖形復(fù)制到各種薄膜材料上，然后再進行加工，獲得滿足要求的三維形狀結(jié)構(gòu)[24]�？涛g工藝按照制備流程歸類為兩類，分別濕法刻蝕與干法刻蝕。濕法刻蝕幾乎全部是應(yīng)用化學刻蝕，即應(yīng)用化學反應(yīng)加工[25]。干法刻蝕主要通過在低氣壓下，氣體形成的等離子體進行刻蝕[26]。Simpson 等人[27]在選用的 SchottBorofloat 玻璃上鍍上一層保護層，能夠加工深度在15μm 的通道；湯揚華等人[28]在蝕刻法加工微通道結(jié)束后的玻璃上鍍 Cr 等材料，但是這一過程對加工環(huán)境要求較高，加工成本也高。在微?
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN492

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳九生;蔣稼歡;;微流控液滴技術(shù):微液滴生成與操控[J];分析化學;2012年08期

2 霍丹群;劉振;侯長軍;楊軍;羅小剛;法煥寶;董家樂;張玉嬋;張國平;李俊杰;;微流控芯片光學檢測技術(shù)在細胞研究中的應(yīng)用與進展[J];分析化學;2010年09期

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 童芳麗;纖維素微球和纖維素復(fù)合晶膠微球的制備新方法研究[D];浙江大學;2014年

2 夏飛;PDMS微流控芯片的制備工藝研究[D];南京理工大學;2010年

3 張瑞強;陣列式高通量細胞培養(yǎng)芯片設(shè)計與制作[D];重慶大學;2009年

本文編號：2702477