本文關(guān)鍵詞：微流控器件延時流動操控單元設(shè)計

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【摘要】：即時檢測技術(shù)越來越多的用于化學(xué)分析、醫(yī)療診斷和環(huán)境檢測。隨著生化學(xué)傳感器、混合器、后處理等系統(tǒng)在芯片實驗室平臺中集成度的提高,對先進(jìn)的微流體處理技術(shù)和控制方法的需求也愈加迫切。但是,集成化微流體操控單元的發(fā)展仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。當(dāng)前報道的微流體操控單元大多數(shù)為主動式,即需要外置的流量控制設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動。而這些設(shè)備往往笨重、龐大,難以集成,攜帶性差�；诿�(xì)力的被動式流體驅(qū)動為集成化操控單元提供了一種新的選擇。然而,在微通道中,利用毛細(xì)力控制液體按特定路徑實現(xiàn)自動流動仍存在許多問題需要解決。本文針對基于毛細(xì)力的微流控器件延時流動操控單元展開研究。利用通道中的微結(jié)構(gòu)尺寸的變化對不同區(qū)域毛細(xì)力進(jìn)行控制,從而達(dá)到控制液體定向和延時流動的目的。主要研究工作包括以下幾個方面：1.設(shè)計了2種延時流動操控單元。根據(jù)毛細(xì)壓強(qiáng)差計算原理,設(shè)計了控制液體橫向流動、側(cè)方縱向流動和中部縱向流動三種微結(jié)構(gòu),通過對這三種結(jié)構(gòu)的組合、陣列,形成了梳齒形和迷宮形2種延時流動操控單元。這2種單元可以控制液體按設(shè)計流動路徑自主流動,并按照設(shè)定時間延長液體流動速度。對2種操控單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分類,在之后的實驗中分析各參數(shù)對延遲時間的影響。2.采用UV-LIGA和熱壓鍵合法制作了2種延時流動操控單元的實驗芯片。首先制定合理的工藝流程,使用UV-LIGA制作硅模具。再用硅模具在PMMA基片上熱壓出通道網(wǎng)絡(luò)和流體操控單元。熱壓出的通道深度與設(shè)計值偏差為-1.591μm-～0.411μm,操控單元尺寸與設(shè)計值偏差為-0.35～0.22μm。最后將PMMA蓋片與基片進(jìn)行熱鍵合,得到芯片。3.進(jìn)行2種單元的流體操控實驗。梳齒形延時流動操控單元有2個設(shè)計參數(shù),X1和X2。X1是矩形凸臺與通道側(cè)壁的間距；X2是相鄰兩個矩形凸臺的縱向間距。迷宮形延時流動操控單元中有3個設(shè)計參數(shù),X3、X4和X5。X3是矩形凸臺與通道側(cè)壁的間距,也是各矩形凸臺間的橫向間距；X4是相鄰兩個矩形凸臺的縱向間距；X5是控制液體中部縱向流動結(jié)構(gòu)中矩形凸臺的寬度。進(jìn)行2種單元的流體操控實驗,得出X1在取值范圍內(nèi)與延遲時間成正比,控制延時范圍為2.36s-4.24s；X2在取值范圍內(nèi)與延遲時間成反比,控制延時范圍為2.12s-13.96s；X3在取值范圍內(nèi)與延遲時間成正比,控制延時范圍為4.28s-4.44s；X4在取值范圍內(nèi)與延遲時間成反比,控制延時范圍為7.56s-15.84s；X5在取值范圍內(nèi)與延遲時間成正比,控制延時范圍為0.52s-0.88s。
【關(guān)鍵詞】：微流控 延時操控 梳齒形單元 迷宮形單元
【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10-18
• 1.1 微流控器件概述10-13
• 1.1.1 微流控器件材料10
• 1.1.2 微流控器件的制作技術(shù)10-13
• 1.2 微流體延時操控技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 目前存在問題16-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 2 微流體延時流動操控單元結(jié)構(gòu)設(shè)計18-31
• 2.1 基本原理18-21
• 2.1.1 毛細(xì)現(xiàn)象和影響微流體流動的因素18
• 2.1.2 毛細(xì)壓強(qiáng)計算原理18-20
• 2.1.3 延時流動操控單元的設(shè)計要求及思路20-21
• 2.2 控制液體定向流動結(jié)構(gòu)的設(shè)計21-25
• 2.2.1 控制液體橫向流動結(jié)構(gòu)21-22
• 2.2.2 控制液體側(cè)方縱向流動結(jié)構(gòu)22-24
• 2.2.3 控制液體中部縱向流動結(jié)構(gòu)24-25
• 2.3 兩種延時流動操控單元的設(shè)計25-27
• 2.3.1 梳齒形延時流動操控單元25-26
• 2.3.2 迷宮形延時流動操控單元26-27
• 2.4 操控單元的設(shè)計參數(shù)27-30
• 2.4.1 梳齒形延時流動操控單元設(shè)計參數(shù)27-28
• 2.4.2 迷宮形延時流動操控單元設(shè)計參數(shù)28-30
• 2.5 本章小節(jié)30-31
• 3 微流體延時流動操控單元的制作31-40
• 3.1 制作設(shè)備及材料31
• 3.2 硅模具的制作流程31-34
• 3.3 操控單元中基片熱壓成形34-37
• 3.3.1 熱壓成形材料預(yù)處理34
• 3.3.2 熱壓成形工藝34-37
• 3.4 操控單元的鍵合37-39
• 3.4.1 鍵合材料預(yù)處理37
• 3.4.2 低溫鍵合工藝37-39
• 3.5 本章小節(jié)39-40
• 4 延時流動操控單元流體控制實驗40-58
• 4.1 實驗設(shè)備及材料40
• 4.2 實驗流程及觀測參數(shù)40-42
• 4.2.1 梳齒形操控單元觀測參數(shù)40-41
• 4.2.2 迷宮形操控單元觀測參數(shù)41-42
• 4.3 微流體延時流動實驗42-57
• 4.3.1 兩種單元的延時流動過程42-43
• 4.3.2 梳齒形單元的參數(shù)X1對延時流動的影響分析43-45
• 4.3.3 梳齒形單元的參數(shù)X2對延時流動的影響分析45-48
• 4.3.4 迷宮形單元的參數(shù)X3對延時流動的影響分析48-51
• 4.3.5 迷宮單元實驗參數(shù)X4和X5對延時流動的影響分析51-57
• 4.4 本章小節(jié)57-58
• 5 全文總結(jié)及工作展望58-60
• 5.1 全文總結(jié)58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-65

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