【摘要】：微流控芯片是建立在微納米尺寸空間內(nèi)對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行操控的研究,是近年來(lái)微流控領(lǐng)域的新分支,廣泛應(yīng)用于化學(xué)、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(fèi)用昂貴等缺點(diǎn)。在微液滴的生成方面,生成方法有主動(dòng)法和被動(dòng)法等多種,包括T型通道法、氣動(dòng)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(dòng)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(duì)該芯片中液滴的生成機(jī)理研究。該方法改變了傳統(tǒng)的加工工藝,加工簡(jiǎn)單,成本低,并且流體流動(dòng)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(jiàn)的無(wú)量綱參數(shù),液滴動(dòng)力學(xué)中微通道的濕潤(rùn)性、接觸角和Marangoni效應(yīng)對(duì)液滴生成的影響;建立了各個(gè)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(guò)微通道的濕潤(rùn)性、界面張力、連續(xù)相粘度、連續(xù)相流速以及毛細(xì)數(shù)等對(duì)形成液滴大小的影響進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)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(zhǔn),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(yàn)證了圓形截面微通道芯片的優(yōu)越性。為液滴制備實(shí)驗(yàn)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(guò)石蠟微球作為犧牲材料將毛細(xì)管連接。搭建了毛細(xì)管的拉制平臺(tái)、石蠟微球的制備平臺(tái)以及最終制備芯片的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了拉制毛細(xì)管直徑在10-300μm可控;對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及涉及的控制參數(shù)進(jìn)行分析,完成了芯片的加工,為后續(xù)的液滴制備實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)。4、以自制微流控芯片(R1/R2=250/100μm)開(kāi)展液滴制備實(shí)驗(yàn)。以硅油、去離子水分別作為連續(xù)相和分散相進(jìn)行液滴制備,通過(guò)改變連續(xù)相粘度和流速等參數(shù),實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jìn)一步顯現(xiàn)了本文提出的芯片結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文用時(shí)應(yīng)格外注意。比如說(shuō)，微流控芯片對(duì)于具有易發(fā)生化學(xué)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(shí)注意由于性質(zhì)的變化給檢測(cè)能力、電滲性能及后期使用等帶來(lái)的影響。又如，通道尺寸比較微小，在實(shí)驗(yàn)時(shí)試劑容易造成微通道的堵塞，，操作時(shí)要格外注意。同時(shí)，在設(shè)計(jì)和加工方面也會(huì)存在一些流程復(fù)雜、周期較長(zhǎng)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(jiǎn)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(jiàn)微流控芯片制備中，不同加工材料對(duì)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(duì)相應(yīng)的重要加工方法進(jìn)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(jiàn)的加工材料之一，目前，常見(jiàn)的加工技術(shù)方法眾多，在微流控芯片制備過(guò)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(jì)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(duì)以上描述的光刻技術(shù)完成后進(jìn)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(jìn)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(xué)刻蝕，即應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)加工[25]。干法刻蝕主要通過(guò)在低氣壓下，氣體形成的等離子體進(jìn)行刻蝕[26]。Simpson 等人[27]在選用的 SchottBorofloat 玻璃上鍍上一層保護(hù)層，能夠加工深度在15μm 的通道；湯揚(yáng)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(guò)程對(duì)加工環(huán)境要求較高，加工成本也高。在微?
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN492

【參考文獻(xiàn)】

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2 霍丹群;劉振;侯長(zhǎng)軍;楊軍;羅小剛;法煥寶;董家樂(lè);張玉嬋;張國(guó)平;李俊杰;;微流控芯片光學(xué)檢測(cè)技術(shù)在細(xì)胞研究中的應(yīng)用與進(jìn)展[J];分析化學(xué);2010年09期

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本文編號(hào)：2702477