發(fā)布時間：2020-10-17 05:52

　　 微流控芯片因具備微型化、便攜化、成本低、試劑消耗少的優(yōu)勢,在生物、化學(xué)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。當前,隨著微流控技術(shù)的日益成熟,微流控芯片已逐漸展現(xiàn)出取代傳統(tǒng)生化、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所實現(xiàn)的各樣功能的趨勢,如檢測、細胞定位、分選、混合、反應(yīng)等。其中分選作為重要的功能之一,對藥物合成、藥物開發(fā)、醫(yī)學(xué)檢測、診斷學(xué)等領(lǐng)域均有重要意義。本文基于微流控技術(shù),提出一種流道表面經(jīng)浸潤性處理的聚焦型聲表面波微流控分選芯片,通過調(diào)節(jié)流速、輸入功率等控制參數(shù),實現(xiàn)粒子間的分離、分選。全文具體研究工作有:論述了聲表面波器件的組成及其工作原理,對比材料性能,采用128°Y-X鈮酸鋰作為聲表面波器件的基底材料,然后初步確定聚焦型叉指換能器的指間寬、指間距、叉指對數(shù)、聚焦角度、聚焦長度及叉指換能器材料,隨后進行懸浮顆粒在聲場中的受力分析,最后介紹了浸潤性相關(guān)理論。基于COMSOL仿真軟件對聲表面波器件進行模態(tài)、諧響應(yīng)及瞬態(tài)分析,然后根據(jù)聚焦型叉指換能器參數(shù),對其進行叉指對數(shù)、聚焦長度及聚焦角度分析。隨后對流道入口的流速比進行仿真分析,確定三個入口最佳流速比率,在此流速比下,通過改變流速分析粒子在流道內(nèi)的運動情況,并最終確定分選流道的最佳平均流速為4mm/s。根據(jù)理論及仿真分析結(jié)果,設(shè)計并制作粒子分選芯片,用于分選兩種及三種類型的粒子。首先采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)制造技術(shù)進行聲表面波器件和流道下模板的制作,隨后設(shè)計微流道系統(tǒng)模具,并采用模塑法制作三個PDMS微流道系統(tǒng),其中微流道表面分別采用超親水處理、超疏水處理及不進行處理,然后采用自然鍵合法分別完成三種表面的微流道與聲表面波器件的鍵合,最后經(jīng)后續(xù)處理得到微流控分選芯片。本文利用設(shè)計制作的聚焦型聲表面波微流控分選芯片進行實驗研究。首先設(shè)計實驗方案并搭建實驗平臺,進行了聲流效應(yīng)測試及三種流道表面對粒子的黏附性實驗,基于該實驗分別進行了不同輸入功率及平均流速下粒子的偏轉(zhuǎn)實驗研究,最終通過調(diào)整輸入功率進行直徑1μm,10μm與直徑1μm,5μm,10μm粒子的分選實驗。實驗結(jié)果表明:在輸入能量一定時,隨著分選流道平均流速的減小,10μm粒子偏轉(zhuǎn)距離逐漸增大;與此相同,在分選流道平均流速一定時,隨著輸入能量的增加,10μm粒子偏轉(zhuǎn)距離也逐漸增大。此外,聲表面波分選芯片對小直徑粒子幾乎無影響,僅當粒徑一定時聲表面波才會使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。且在工作頻率f=131.83MHz、輸入功率P=200m W、分選流道平均流速va=4mm/s時,該芯片可以實現(xiàn)1μm,10μm粒子的分選,且分選效率高達91.9%,這也驗證了該芯片具備良好的工作性能。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN492
【部分圖文】：

流表面表面 5一實造爾表沃爾，并一流控芯片的發(fā)面波技術(shù)面波技術(shù)0 年代末期種，其在提實際應(yīng)用，但造壓電單晶，于 1949 年表面波技術(shù)的爾特默（F.并取得了聲步發(fā)展及應(yīng)發(fā)展趨勢。術(shù)在微流術(shù)概述期英國學(xué)者瑞提出初期，由但隨著半導(dǎo)體這為該類聲年發(fā)現(xiàn)了鈮酸的平面結(jié)構(gòu)W. Votmer聲表面波技術(shù)應(yīng)用。流控領(lǐng)域應(yīng)瑞利首次提由于受制于體技術(shù)及激聲表面波技酸鋰（LiNb構(gòu)換能器專利r）在 1965術(shù)的關(guān)鍵性應(yīng)用的概提出瑞利波于當時科學(xué)技激光技術(shù)的迅技術(shù)的研究奠bO3）單晶利。此外，美年首次研制性突破，在很概述（Rayleigh技術(shù)及工藝迅速發(fā)展，奠定了堅實，隨后在美國物理學(xué)制出表面波很大程度上h W藝水市實的19學(xué)家波聲上推

胞、也具因此1.2能器的聲實驗輸?shù)胶图t以顯所示圖1.2縱等1~1現(xiàn)象等人如圖液滴布置粒子、液滴具有成本低此，聲表面.2 微流體2013 年南器的微混合聲表面波在驗表明其混2011 年南到壓電基板紅色染料混顯著加速兩示。1.2 微混.3 微流體2009 年莫等特性進行0 cm/s 的速象，其液滴狀人[42]提出了圖 1.5 所示。滴的碰撞、置使液滴在滴等）進行廉、操作簡面波技術(shù)在微體混合南佛羅里達大合器，其結(jié)構(gòu)在微流體通道混合效率可高南京大學(xué)的板并實現(xiàn)液滴混合，而且經(jīng)兩個液滴之間混合器結(jié)構(gòu)體驅(qū)動莫納什大學(xué)的行了詳細的研速度快速平狀態(tài)變化示了一種新型的。該平臺通合并，如圖其作用區(qū)域行無接觸式操簡單、可控性微流控領(lǐng)域大學(xué)的 Mye構(gòu)示意圖如道內(nèi)激發(fā)出高達 96.7%An-Liang Z滴間混合的經(jīng)過與自由擴間的混合速構(gòu)示意圖的 Leslie Y研究。研究表平移，而且隨示意圖如圖的微流控平通過在液滴兩圖 1.6(a)所示域內(nèi)受到不第 1 章 緒論操縱。此外性好、功能多域具有廣泛的eong Chan圖 1.2 所示出雙流場，進。Zhang 等人的新方法。該擴散方式實速度，且混合圖Y. Yeo 等人表明聲表面隨著輸入功1.4 所示。2平臺來實現(xiàn)液兩端對稱地示。此外，不對稱切割，論外，基于聲表多樣化、生物的應(yīng)用前景Jo 等人[39]提示。該混合器進而促進溶[40]提出了一該方法借助聲實現(xiàn)混合相合均勻。其1.3 液滴人[41]對聲表面面波可以推動功率的增大液2015 年澳大液滴的分配地布置聚焦型通過將兩個進而實現(xiàn)表面波技術(shù)物相容性好景。提出了一種器利用雙叉溶液高效快速一種將液滴聲表面波技比

也具因此1.2能器的聲實驗輸?shù)胶图t以顯所示具有成本低此，聲表面.2 微流體2013 年南器的微混合聲表面波在驗表明其混2011 年南到壓電基板紅色染料混顯著加速兩示。廉、操作簡面波技術(shù)在微體混合南佛羅里達大合器，其結(jié)構(gòu)在微流體通道混合效率可高南京大學(xué)的板并實現(xiàn)液滴混合，而且經(jīng)兩個液滴之間簡單、可控性微流控領(lǐng)域大學(xué)的 Mye構(gòu)示意圖如道內(nèi)激發(fā)出高達 96.7%An-Liang Z滴間混合的經(jīng)過與自由擴間的混合速性好、功能多域具有廣泛的eong Chan圖 1.2 所示出雙流場，進。Zhang 等人的新方法。該擴散方式實速度，且混合多樣化、生物的應(yīng)用前景Jo 等人[39]提示。該混合器進而促進溶[40]提出了一該方法借助聲實現(xiàn)混合相合均勻。其物相容性好景。提出了一種器利用雙叉溶液高效快速一種將液滴聲表面波技比，利用聲其混合過程示好等特點[37,3種帶有雙叉指叉指換能器產(chǎn)速的主動混滴從玻璃基板技術(shù)成功地將聲表面波驅(qū)動示意圖如圖38]。指換產(chǎn)生混合板傳將水動可圖 1
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本文編號：2844378