發(fā)布時間：2020-04-03 05:50

【摘要】：微泡在生命科學領(lǐng)域有著重要作用,而微泡結(jié)合超聲的應(yīng)用更為典型,大量的研究者從臨床超聲造影、超聲給藥到超聲刺激治療、超聲溶栓,從顆粒操控、微泡射流到微泡驅(qū)動、聲致發(fā)光等方面做了深入研究,賦予了微泡新的生命活力。微泡作為一個動力源,可實現(xiàn)非接觸、高效、低成本和低能耗的微流體混合,也可操控微流控腔道內(nèi)的粒子、細胞、線蟲等物質(zhì)。基于微泡的各項優(yōu)勢,本文設(shè)計并制備了可用于實現(xiàn)微流體混合和顆粒操控的微泡芯片。本文的主要工作及成果如下:(1)結(jié)合前人的工作,提出了聲熱空化微泡和微結(jié)構(gòu)捕獲生成微泡兩種設(shè)計微泡芯片的方案,以Rayleigh-Plesset方程為研究基礎(chǔ),計算了微泡的共振頻率,提出被動空化檢測方法,用于確定微泡產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)空化,并確定微泡振幅隨能量的變化關(guān)系,并分析了振動微泡誘導(dǎo)的微流場中的聲輻射力和Stokes拽力,從而預(yù)測顆粒在流場中的運動狀態(tài),并通過COMSOL仿真驗證了微泡振動引起的微流場可以實現(xiàn)顆粒操控研究。(2)根據(jù)實驗方案選用芯片的基底材料,研究了兩種方案的芯片微納加工工藝,對設(shè)計、制備的芯片進行封裝,用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、紅外熱像儀和光學顯微鏡等設(shè)備對微泡芯片的性能進行測試,從而選擇了效率更高、制作成本更低的微結(jié)構(gòu)捕獲微泡的設(shè)計方案。通過被動空化檢測方法驗證微泡芯片工作時的狀態(tài),用激光多普勒測振儀驗證芯片中微泡所在位置聲場的均一性。(3)設(shè)計了Y型微流控腔道,用振動微泡作為動力源,引入相對混合指數(shù)定量評估液體混合效果,探索不同能量下液體的混合效果,從而確定了最佳混合參數(shù),實現(xiàn)了液體在37.5 ms內(nèi)快速混合。(4)引入2μm聚苯乙烯小球作為標記物,觀察了振動微泡誘導(dǎo)的微流場形態(tài),且在光學顯微鏡下,可以觀察到振動微泡可快速高效捕獲小鼠腦微血管內(nèi)皮細胞。設(shè)計了陣列微泡結(jié)構(gòu),研究不同直徑的微泡對不同大小顆粒的影響效果,實現(xiàn)了大小分別為1μm和10μm的聚苯乙烯顆粒被不同直徑的微泡高效被捕獲。本文制備了可用于微流體混合和顆粒操控的微泡芯片,通過多維度測試,驗證了微泡性能的優(yōu)越性,為今后生命科學領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低成本醫(yī)療診斷提供了新的研究思路。
【圖文】：

基于微泡芯片的微流體混合及顆粒操控研究被動混合大多是借助水流動力使得兩種液體交融混合，同時設(shè)計多種交體在轉(zhuǎn)彎處，由于慣性力的作用，使得液體間的接觸面積和接觸時間增實現(xiàn)液體均勻混合。通過毛細管注入一個直徑為 150μm 的微泡粘附在用 Teflon 做過疏水處板上，借助介質(zhì)上電潤濕技術(shù)可以移動在玻璃板上的微泡，在超聲驅(qū)振動引起的微流可以捕獲玻璃球、PS 小球、魚卵和活的水蚤[42]。通過電極板的高度研究兩個液滴的融合和分裂情況，電極板的高度可以決定小，從而決定液體表面張力誘導(dǎo)的壓力以及所施加的粘性力，液滴融合微量試劑攝取和反應(yīng)發(fā)面具有重大意義[37]，如圖 1-9 所示。

劑攝取和反應(yīng)發(fā)面具有重大意義[37]，如圖 1-9 所示。圖 1-9 電濕潤誘導(dǎo)液體混合[37]Figure 1-9. Electrowetting induced liquid mixing[37]提出一種新型的硅薄膜混合器，，該微混合器基于有源混合作為關(guān)鍵元件，膜底部和芯片載體之間形成小的腔室，并統(tǒng)檢測酸堿值[38]，如圖 1-10 所示。mixingpiezo disk membrane silicon
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH77

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本文編號：2613013