隨著微流控技術(shù)的發(fā)展,微流控芯片的研究在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、化學(xué)反應(yīng)中的重要性越來(lái)越大。其中基于介電泳技術(shù)的微流控粒子分選技術(shù)作為獲取高純度單種粒子的重要手段,有免標(biāo)記、非侵入、可調(diào)性高、對(duì)細(xì)胞損害小等優(yōu)勢(shì),成為近幾年的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)介電泳分選芯片采用的鞘流聚焦方案,會(huì)稀釋樣本,增加流道設(shè)計(jì)與外部檢測(cè)設(shè)備等,阻礙了便攜式、一次性芯片的發(fā)展。本研究結(jié)合了介電泳分選方式與無(wú)鞘流過(guò)濾陣列聚焦方案,利用粒子的直徑與介電性質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子的捕獲與分選,解決了單物理場(chǎng)對(duì)粒子分選的局限性,并制備了粒子捕獲與分選芯片。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,對(duì)流體動(dòng)力學(xué)與介電泳原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹,根據(jù)連續(xù)方程推導(dǎo)出流體分叉模型;根據(jù)粒子的偶極矩公式,推導(dǎo)出介電泳力公式,分析了影響介電泳力大小與方向的影響因素,確定了粒子在微流體中受到的主要作用力;采用Matlab軟件仿真并分析了二氧化硅粒子與聚苯乙烯小球的介電頻率響應(yīng)。其次,通過(guò)仿真分析,設(shè)計(jì)并優(yōu)化了微過(guò)濾陣列與微電極的結(jié)構(gòu),并分析了8mm/s-28mm/s流速下微過(guò)濾陣列的形變程度與聚焦效果。根據(jù)微過(guò)濾陣列與微電極的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用光刻工藝與深硅刻蝕工藝制備微過(guò)濾陣列模... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）吳菲設(shè)計(jì)的U型細(xì)胞捕獲結(jié)構(gòu)（b）ChunHuiWu等人設(shè)計(jì)的三維捕獲結(jié)構(gòu)

中北大學(xué)學(xué)位論文3（2）介電泳力捕獲依據(jù)粒子的介電性質(zhì)、電場(chǎng)性質(zhì)以及在特定電導(dǎo)率溶液中不同的介電泳表現(xiàn)，采用不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定粒子的捕獲。如圖1-2（a）所示，XiangyuChen等人設(shè)計(jì)出一種利用平面電極和金屬鍍層形成的凹陷作為捕獲方式，在垂直方向上金屬鍍層與平面電極形成了凹陷，在平面結(jié)構(gòu)中平面電極外凸，構(gòu)成捕獲結(jié)構(gòu)，用于捕獲不同生長(zhǎng)周期的藻類(lèi)細(xì)胞[30]。YupanWu等人設(shè)計(jì)了一種陣列捕獲單元，如圖1-2（b）所示[31]。以四個(gè)不同的相位輸入到中間的25×25的金屬陣列上，在陣列周?chē)纬煞�(wěn)定的電場(chǎng)梯度，使得受負(fù)介電泳力的粒子被捕獲到金屬陣列中。圖1-2（a）XiangyuChen等人設(shè)計(jì)的藻類(lèi)捕獲芯片（b）YupanWu等人設(shè)計(jì)的細(xì)胞捕獲芯片F(xiàn)igure1-2(a)DesignofalgacapturechipfromXianyuChen,etc.(b)DesignofcellscapturefromYupanWu,etc.1.2.2粒子分選方式（1）微過(guò)濾分選微過(guò)濾分選采用流體動(dòng)力學(xué)原理，根據(jù)粒子的直徑大小，使得不同粒子在經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后實(shí)現(xiàn)過(guò)濾分選效果。SooHyeonKim等人設(shè)計(jì)了一種血細(xì)胞過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)血液細(xì)胞的初步分選，將數(shù)量最多、直徑最小的紅細(xì)胞過(guò)濾出去，剩余的白細(xì)胞與循環(huán)腫瘤細(xì)胞再經(jīng)過(guò)后續(xù)分選，極大的降低了從血細(xì)胞中分選循環(huán)腫瘤細(xì)胞的難度[32]。圖1-3（a）為過(guò)濾分選流程，首先將血紅細(xì)胞通入過(guò)濾管道內(nèi)過(guò)濾，然后反向通入培養(yǎng)液，將附著在過(guò)濾網(wǎng)上的細(xì)胞收集出來(lái)。圖1-3（b）為設(shè)計(jì)的過(guò)濾管道實(shí)物。

中北大學(xué)學(xué)位論文4圖1-3SooHyeonKim等人設(shè)計(jì)的過(guò)濾分選結(jié)構(gòu)Figure1-3DesignoffilteringstructureforsortingformSooHyeonKim圖1-4（a）為DinoDiCarl等人運(yùn)用深硅刻蝕技術(shù)，將寬度與間隔都為3um的過(guò)濾器刻蝕在硅片上，在通入腫瘤細(xì)胞溶液后，直徑在20um左右的腫瘤細(xì)胞會(huì)被捕獲到過(guò)濾網(wǎng)上，并且會(huì)發(fā)生形變效果[33]。Wilding等人設(shè)計(jì)了一種交錯(cuò)式細(xì)胞捕獲芯片，如圖1-4（b）所示。根據(jù)細(xì)胞大小不同，使得尺寸較大的白細(xì)胞被捕獲，尺寸較小的紅細(xì)胞通過(guò)結(jié)構(gòu)。使得此方法通量大，捕獲腫瘤細(xì)胞的效率高[34]。圖1-4（a）腫瘤細(xì)胞捕獲芯片（b）交錯(cuò)式細(xì)胞捕獲芯片F(xiàn)igrue1-4(a)Capturechipofcancercells(b)Interestingchipforcapturingcells（2）慣性力分選采用慣性力原理對(duì)微流體內(nèi)的粒子進(jìn)行分選是根據(jù)流體在高雷諾數(shù)下的切面Dean流占粒子運(yùn)動(dòng)的主導(dǎo)。在Dean流的作用下，直徑較大的粒子運(yùn)動(dòng)至流道內(nèi)側(cè)，直徑較小的粒子向流道外側(cè)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)粒子分眩如圖1-5（a）所示，MyungGwonLee等人設(shè)計(jì)了一種采用低雷諾數(shù)的鞘流聚焦芯片，實(shí)現(xiàn)了血細(xì)胞的分選[35]。如圖1-5（b）


本文編號(hào)：3448006