本文關(guān)鍵詞：基于特異構(gòu)型微結(jié)構(gòu)的即時檢測芯片流動控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微流體控制是即時檢測(POCT)芯片的操作核心,芯片內(nèi)流動控制的精準(zhǔn)性直接決定其最終檢測的精度。本文基于特異構(gòu)型微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了波浪形微緩沖器和“鋸齒”狀微通道,分別實(shí)現(xiàn)了POCT芯片中流體進(jìn)樣流速、流型均一化控制,以及微通道內(nèi)流動前沿彎液面形狀、曲率的控制。主要完成了以下研究：(1)基于接觸線運(yùn)動理論,設(shè)計(jì)了基于特異性波浪構(gòu)型的微緩沖器。在以毛細(xì)力為驅(qū)動力的即時檢測微流控芯片中,手動注液的不穩(wěn)定性引起進(jìn)樣流速不一,進(jìn)而嚴(yán)重影響后續(xù)流體控制(如樣品流動時間、混合效率),導(dǎo)致最終定量檢測精確度低、重現(xiàn)性差。因此設(shè)計(jì)了波浪形微緩沖器,使通道截面積突然減小,增加樣品流出微緩沖器時的出口背壓,從而減緩樣品流動沖擊,起到緩沖作用；共設(shè)計(jì)了16種不同構(gòu)型的波浪形微緩沖器,每種構(gòu)型有3組關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)：波峰高度h,波形個數(shù)n、波形深度H。以曝光、干法刻蝕等MEMS加工工藝制作硅模具,并以模板澆筑法和熱壓法分別制作出PDMS和PMMA微緩沖器實(shí)驗(yàn)芯片,對比發(fā)現(xiàn)PDMS芯片的結(jié)構(gòu)精度及封合質(zhì)量均優(yōu)于PMMA芯片；通過控制h、n、Ⅳ三種關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)變量,開展了一系列流體進(jìn)樣實(shí)驗(yàn),總結(jié)發(fā)現(xiàn)通過設(shè)計(jì)一種簡單的波浪形微緩沖器能有效消除微流控POCT芯片的進(jìn)樣沖擊；流入緩沖器的樣品由縱向流動轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向流動,消除了樣品注入時的流動紊亂,使液面穩(wěn)定、流速均一；且當(dāng)波峰高度h越小、波形個數(shù)n越少時,緩沖時間T越長；波形深度H對緩沖效果影響不明顯。當(dāng)波峰高度減少到0.91mrn,波峰高度減小到190¨m時,緩沖時間達(dá)到5s-7s；當(dāng)波形數(shù)量減少到5個,緩沖時間增加到8s-10s。(2)基于微尺度流體控制理論,設(shè)計(jì)了邊緣“鋸齒狀”的微通道,有效消除微通道內(nèi)流體流動邊緣效應(yīng)。樣品在親水通道內(nèi)流動時,接觸線包裹的彎液面呈凹狀,很容易將氣泡引入通道,導(dǎo)致通道堵塞或樣品混合不均,影響最終定量分析精度。因此設(shè)計(jì)了邊緣“鋸齒狀”微通道,延長樣品在通道邊緣的流動路徑,同時規(guī)律性擴(kuò)張一收縮的“鋸齒”通道可有效控制液面形狀和曲率k。共設(shè)計(jì)了3種三角形、4種半圓及1種梯形構(gòu)型的“鋸齒”。定義路徑比r、波長w、擴(kuò)張角α及相位p用于描述通道邊緣結(jié)構(gòu)。以軟光刻工藝制作出實(shí)驗(yàn)用PDMS芯片。開展流體實(shí)驗(yàn),研究發(fā)現(xiàn)作為對照組的直通道內(nèi)彎液面呈凹狀,而其他“鋸齒狀”通道的流動前沿彎液面為凸?fàn)睿挥捎凇颁忼X的存在,通道內(nèi)的流動前沿彎液面的形狀周期性變化；r、w及a顯著影響流動彎液面曲率,相位p影響液面分布的對稱性。
【關(guān)鍵詞】：微流控 接觸角 構(gòu)型 彎液面
【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】：2016
【分類號】：TN492
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 即時檢測概述10-11
• 1.2 微流控即時檢測芯片11-15
• 1.3 微流控即時檢測中流動控制研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 2 微尺度下的流動控制基本理論20-28
• 2.1 潤濕現(xiàn)象21-24
• 2.1.1 Young方程與接觸角21-22
• 2.1.2 接觸角滯后現(xiàn)象和動態(tài)接觸角22-24
• 2.2 微通道內(nèi)的接觸線運(yùn)動理論24-28
• 2.2.1 圓管微通道中的接觸線運(yùn)動24-26
• 2.2.2 矩形微通道26-28
• 3 波浪形微緩沖器的設(shè)計(jì)、制造及實(shí)驗(yàn)28-44
• 3.1 波浪形微緩沖器的設(shè)計(jì)29-31
• 3.2 波浪形微緩沖器的制造31-37
• 3.2.1 波浪形微緩沖器硅模具的制造31-35
• 3.2.2 基片制造及芯片封合35-37
• 3.3 實(shí)驗(yàn)開展37-43
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象37-38
• 3.3.2 波峰高度-h對緩沖效果的影響38-39
• 3.3.3 波數(shù)n對微緩沖器緩沖效果的影響39-40
• 3.3.4 波形深度-H對緩沖時間的影響40
• 3.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析40-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 “鋸齒”邊緣微通道對流體前沿液面控制研究44-58
• 4.1 通道設(shè)計(jì)及制造45-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)開展48-55
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)平臺48-49
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象49-52
• 4.2.3 直通道內(nèi)的凹狀彎液面52
• 4.2.4 波長和路徑比對彎液面的影響52-55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 5 結(jié)論58-59
• 5.1 全文總結(jié)58
• 5.2 下一步工作展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況62-63
• 致謝63-64

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本文編號：302234