本文關(guān)鍵詞：單片集成薄膜體聲波生化微傳感器的數(shù)字微流控芯片研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：芯片實(shí)驗(yàn)室提供了高分辨樣品處理和檢測(cè)分析的微型集成平臺(tái),在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等重要領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。特別是數(shù)字微流控系統(tǒng)能夠?qū)ξ⒘恳旱螌?shí)施多種流體操作,以其突出的反應(yīng)快速、可并行處理、體積小等優(yōu)勢(shì)成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)高通量檢測(cè)和床邊檢測(cè)的重點(diǎn)研究對(duì)象。本論文緊扣這一研究熱點(diǎn),依據(jù)當(dāng)前芯片實(shí)驗(yàn)室對(duì)功能部件高密度集成的重大需求,提出了薄膜體聲波生化微傳感器與基于介質(zhì)上電潤(rùn)濕技術(shù)的數(shù)字微流控平臺(tái)的單片集成方案,先后完成了第一代與第二代集成單芯片的研制,并針對(duì)其檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)特性進(jìn)行了分析;采用化學(xué)和生物樣品在兩代原型機(jī)上的實(shí)驗(yàn)展示結(jié)果驗(yàn)證了集成單芯片的有效性與實(shí)用性。課題的研究?jī)?nèi)容和成果可以歸納為以下幾個(gè)方面:1.本論文在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出了以氮化鋁薄膜為設(shè)計(jì)核心的單片集成薄膜體聲波生化微傳感器的數(shù)字微流控芯片方案;通過(guò)對(duì)其中設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試等關(guān)鍵技術(shù)的突破,成功實(shí)現(xiàn)了單通道和多通道集成單芯片以及整體系統(tǒng)的研制;2.集成單芯片利用數(shù)字微流控系統(tǒng)的樣品離散特性,使微傳感器對(duì)樣品液滴在空氣中的檢測(cè)成為可能,解決了傳統(tǒng)MEMS傳感器在溶液中檢測(cè)時(shí)性能急劇惡化的難題,大幅提升了檢測(cè)信噪比,質(zhì)量檢測(cè)極限可達(dá)0.13 ng/cm2;3.針對(duì)集成單芯片的檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)機(jī)理展開(kāi)理論和實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)在配置疏水掩膜的微傳感器和對(duì)照組上進(jìn)行化學(xué)與生物目標(biāo)傳感實(shí)驗(yàn),成功展示了集成單芯片檢測(cè)極限超過(guò)一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升,對(duì)汞離子、BSA蛋白以及anti-IgG蛋白溶液的檢測(cè)極限均可達(dá)1 nM左右;通過(guò)對(duì)生物目標(biāo)分子在數(shù)字液滴中擴(kuò)散和吸附過(guò)程的分析,建立了集成單芯片在分子局部吸附條件下的動(dòng)力學(xué)模型。
【關(guān)鍵詞】：薄膜體聲波微傳感器 介質(zhì)上電潤(rùn)濕 數(shù)字微流控 單片集成
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1. 芯片實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介10-12
• 1.2. 數(shù)字微流控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3. 介質(zhì)上電潤(rùn)濕技術(shù)生化領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)狀15-17
• 1.4. 薄膜體聲波器件傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.5. 本課題的目的及研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.5.1. 課題的目的和意義19-20
• 1.5.2. 本論文的研究?jī)?nèi)容20-21
• 第二章 集成單芯片設(shè)計(jì)方法研究及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)21-49
• 2.1. 介質(zhì)上電潤(rùn)濕數(shù)字微流控芯片的原理與實(shí)現(xiàn)21-24
• 2.1.1. 基本原理21-22
• 2.1.2. 實(shí)現(xiàn)方法22-24
• 2.2. 薄膜體聲波傳感原理與實(shí)現(xiàn)24-29
• 2.2.1. 基本原理24-26
• 2.2.2. 實(shí)現(xiàn)方法26-29
• 2.3. 集成單芯片設(shè)計(jì)方案29-32
• 2.3.1. 微流控驅(qū)動(dòng)與微傳感器的單片集成設(shè)計(jì)29-30
• 2.3.2. 集成單芯片方案的確定30-32
• 2.4. 關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)32-45
• 2.4.1. 驅(qū)動(dòng)平臺(tái)構(gòu)架32-34
• 2.4.2. 單芯片集成構(gòu)架34
• 2.4.3. 地電極的配置34-37
• 2.4.4. 驅(qū)動(dòng)電極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)37-39
• 2.4.5. 聲反射結(jié)構(gòu)39-45
• 2.5. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)45-49
• 2.5.1. 總體設(shè)計(jì)方案45-46
• 2.5.2. 集成單芯片模塊46-47
• 2.5.3. 控制電路模塊47
• 2.5.4. 圖像與數(shù)據(jù)采集模塊47-48
• 2.5.5. 圖像與數(shù)據(jù)處理模塊48-49
• 第三章 集成單芯片制造工藝研究49-68
• 3.1. 版圖設(shè)計(jì)49-51
• 3.2. 制造流程51-52
• 3.3. 關(guān)鍵加工技術(shù)52-68
• 3.3.1. 介質(zhì)層制備52-56
• 3.3.2. 驅(qū)動(dòng)平臺(tái)加工的工藝能力驗(yàn)證56-58
• 3.3.3. 疏水膜圖案形成58-68
• 第四章 集成單芯片性能表征與集成系統(tǒng)生化樣品檢測(cè)68-91
• 4.1. 集成單芯片原型機(jī)展示68-70
• 4.2. 數(shù)字微流控與微傳感器性能表征70-78
• 4.2.1. 靜滴法測(cè)量液滴接觸角70-75
• 4.2.2. 微流控驅(qū)動(dòng)特性表征75-76
• 4.2.3. 微傳感器的質(zhì)量檢測(cè)極限76-78
• 4.3. 關(guān)鍵測(cè)試技術(shù)78-85
• 4.3.1. 濕測(cè)模式檢測(cè)78-82
• 4.3.2. 數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)定82-85
• 4.4. 系統(tǒng)的生化樣品檢測(cè)85-91
• 4.4.1. 微量汞離子溶液的單通道檢測(cè)86-89
• 4.4.2. 蛋白溶液的高通量多路復(fù)用檢測(cè)89-91
• 第五章 集成單芯片檢測(cè)信號(hào)增強(qiáng)特性及機(jī)理分析91-109
• 5.1. 集成單芯片信號(hào)增強(qiáng)特性的應(yīng)用91-93
• 5.1.1. 信噪比和檢測(cè)極限91-92
• 5.1.2. 動(dòng)力學(xué)分析92-93
• 5.2. 實(shí)驗(yàn)方法93-96
• 5.2.1. 器件結(jié)構(gòu)93-94
• 5.2.2. 試劑和材料94
• 5.2.3. 表面修飾94-95
• 5.2.4. 檢測(cè)方案95-96
• 5.2.5. 檢測(cè)平臺(tái)96
• 5.3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果96-102
• 5.3.1. 特氟龍掩膜的影響96-97
• 5.3.2. 微量汞離子溶液檢測(cè)97-99
• 5.3.3. 蛋白溶液檢測(cè)99-102
• 5.4. 動(dòng)力學(xué)模擬分析102-109
• 5.4.1. 數(shù)值模型建模102-104
• 5.4.2. 解析模型建模104-105
• 5.4.3. 基于孵化時(shí)間積累的信號(hào)增強(qiáng)105-107
• 5.4.4. 信號(hào)增強(qiáng)性能的優(yōu)化107-109
• 第六章 總結(jié)與展望109-111
• 6.1. 論文主要研究?jī)?nèi)容與成果109
• 6.2. 論文的創(chuàng)新點(diǎn)109-110
• 6.3. 有待解決的問(wèn)題110
• 6.4. 后期研究工作展望110-111
• 參考文獻(xiàn)111-121
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明121-123
• 致謝123-124

【相似文獻(xiàn)】

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