基于石蜡打印的PDMS微流控芯片制备及实验应用

介绍了一种基于数字化石蜡液滴微喷射技术制作微流控芯片的方法及其应用,制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片可用于微液滴的生成和两相流的微混合。实验所需玻璃微喷嘴制备简单、成本低廉。石蜡阳模的形状可自主设计,通过调节驱动电压、驱动频率和加热温度可控制石蜡液滴尺寸及石蜡线宽。利用此方法在石英玻璃基底上打印出石蜡阳模,通过PDMS溶液浇注、固化、倒模、清洗再与石英玻璃基板键合等一系列工艺,最终可实现不同内径、不同流道形状的PDMS芯片,制作过程方便快捷,成品质量较好,设计自由度较高。最终通过调整系统各项参量制作出流道内径约为235μm的PDMS微流控芯片,并利用所制作的十字型流道PDMS微流控芯片生成了微液滴,用螺旋形流道的PDMS微流控芯片完成了亮蓝、柠檬黄两种颜色水溶液的微混合。     

基于FIB-SEM双束系统的纳尺度真空间隙电学特性原位实验装置

纳米尺度真空电气击穿与绝缘特性研究是高电压与绝缘技术领域的前沿课题.一方面,随着微纳尺度加工技术的不断发展,电气部件和电子器件的特征物理尺寸已经逐步降低到微米、纳米甚至是分子原子尺度,并且在军事和民用领域得到越来越广泛的应用;另一方面,传统的放电击穿理论和绝缘性能评价方法无法用来解释和预估微纳尺度的放电特性和绝缘水平.因此,本文基于聚焦离子束和扫描电子显微镜(FIB-SEM)双束系统,借助纳米压电位移技术和微弱电流测量技术,建立了纳尺度真空间隙电学特性的原位研究系统.该系统不仅能够进行微纳尺度(曲率半径为15 nm~10μm)金属电极的原位加工,材料组成成分的定量分析,而且可以实现纳尺度真空间隙(>20 nm)的放电特性研究,为纳尺度击穿规律和绝缘特性的实验研究提供了有力的支撑.     

基于介电泳微流控芯片实现amol级分子量检测

设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500μm,整个微腔室的理论溶液体积达到250 pL。荧光检测系统采用波长(340±15)nm的激发光滤波片和波长(480±30)nm的接收光滤波片的最佳滤光类型,同时利用介电泳(DEP)法浓缩核酸以及采用硅烷偶联法固定核酸探针OMU-opy2来增加荧光强度。实验结果表示,该微流控芯片能检测到有效荧光的样品溶液最低浓度可低至7.8 nmol/L,从而微芯片的RNA分子量检测极限提升至1.9 amol。     

适用于微纳流控芯片对准连接的微装配系统

针对微纳流控芯片等器件的对准装配问题,分析了具体操作要求,建立了一套包含显微光学观测单元、机械进给调整和器件吸取一放置等的微装配系统,采用暗场照明观测微纳结构,高精度移动平台精确调整基片与盖片之间的角度与位置,利用真空吸附的方法抓取和释放.采用该系统成功地制造了多种可用的微纳流控芯片,以玻璃微纳流控芯片的对准装配为示范...     

CO_2激光刻蚀PMMA制备微流道的研究

介绍了采用CO2激光器对聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)板进行刻蚀制备微流道的工艺实验。通过实验分析工艺参数对微流道深度和宽度的影响及其中变化规律。结果表明,激光线能量密度与刻蚀微流道宽度两者关系呈指数增长,得到了线能量密度和微流道宽度的数学拟合公式,曲线和数据点拟合决定系数R2=0.96。当线能量密度小于300 J/m时,微流道深度与线能量密度呈近似线性关系;当线能量密度大于300 J/m时,偏离线性关系。通过理论计算得到在低线能量密度下微流道深度的变化曲线图,并与实际测量值吻合较好。最后,通过优化工艺参数,制备出微流道宽度为170μm,深度为180μm的生物芯片。     

蛇形流道中微粒惯性聚焦及细胞操控技术

惯性微流控技术作为一种被动式操控微粒的技术,广泛应用于生物医学领域。基于惯性聚焦原理,设计了两种不同宽高比的非对称蛇形流道的微流控芯片,以研究宽高比、流道长度和流体体积流量对微粒惯性聚焦行为的影响。使用软光刻与等离子体键合工艺制作芯片,研究了粒径15μm聚苯乙烯荧光粒子在蛇形流道中的惯性聚焦特性,以及该芯片操控H1299人非小细胞肺癌细胞的效果。结果表明：在宽高比为4∶1的蛇形微流道中,粒子在体积流量为100μL/min时产生单列聚焦。在宽高比为3∶1的蛇形微流道中,粒子在体积流量为10μL/min时即可产生单列聚焦,且粒子在低宽高比流道中仅需更短的流道即可实现聚焦。此外,随着体积流量的增大,粒子的聚焦位置逐步向外壁面迁移。最后,验证了H1299细胞在低宽高比流道中的单列聚焦与排列操控的可行性。该研究结果表明低宽高比的非对称蛇形流道更易于粒子惯性聚焦,且通过优化流道结构与体积流量可实现生物细胞的精确惯性操控。     

用于氨氮检测的三维微纳氨气传感芯片及系统研究

该文设计并制备了一种多层微结构的安培型氨气三维微纳传感芯片,并构建了以此微传感芯片为敏感单元的氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。该微传感芯片采用微纳加工工艺制备,使用聚合物键合工艺在较低温度下实现了微传感器多层结构的封装。使用纳米铱作为传感器的敏感材料,其具有良好的电催化氧化能力,可使传感器具有较高的灵敏度。对Ag/AgCl微参比电极的稳定性进行了考察。使用自行设计的氨氮检测系统对氨氮样品进行检测,对微传感器的时间响应特性、浓度响应特性、重复性及选择性进行了测试和分析。实验结果表明,在0.5~10 mg/L的测试范围内,检测电流与氨氮浓度保持良好的线性,灵敏度为1.62 A/(mg/L),线性相关系数为0.995,重复性偏差为5.73%。同时,传感器显示出良好的选择性。     

采用KrF准分子激光制备聚合酶链式反应微流控芯片

采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或者玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大、自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法。通过对聚甲基丙烯酸甲酯准分子激光加工规律的研究,在19kV和18mm/min的优化加工参量下,在40mm×63mm的聚甲基丙烯酸甲酯基片上制备出了20个循环的聚合酶链式反应微流控芯片。芯片微通道横截面呈倒梯形,底面粗糙度小于0.5μm。微通道宽104μm,深56μm,长1040mm,加工耗时57min。该芯片和相同尺寸的盖片在160N和105℃条件下经过20min热压键合在一起,键合强度为0.85MPa。通过进样实验发现键合后的芯片具有良好的密封性。键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5℃和22.2℃,即该芯片可以实现聚合酶链式反应扩增。     

微纳光子学亚波长器件研究的重要进展——逆向干涉相消法提高波分复用器透射效率50%

据www.opt.ac.cn网站报道,微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用。微纳光子学亚波长器件能有效提高光子集成度,有望像电子芯片一样把光子器件集成到尺寸很小的单一光芯片上。纳米表面等离子体学是一块新兴微纳光子学领域,主要研究金属纳米结构中光与物质的相互作用。它具有尺寸小、速度快和克服传统衍射极限等特点,有望实现电子学和光子学在纳米尺度上的完美联姻,将为新一代的光电技术开创新的平台。金属-介质-金属F-P腔是最基本的纳米等离子体波导结构,具有良好的局域场增强和共振滤波特性,是制作纳     

PDMS微流控芯片中的微通道加工技术

传统加工方法制作PDMS微流控芯片中的微通道存在诸多限制,特别是难以实现复杂三维微通道的加工。首先介绍了微通道的传统加工方法,接着简要介绍了不同3D打印技术的基本原理,最后重点阐述了3D打印技术在PDMS微流控芯片微通道加工中的应用。未来,微流控芯片中微通道的加工将会向着高通量、低成本、高精度、三维化、集成化、微型化的方向发展。3D打印、以纳米压印为主要代表的微纳制造技术与传统微通道成型技术的不断融合,为研究人员提供了更多的思路,必将成为微通道加工中的重要技术手段,推动微流控芯片在生物医学、检验检疫、分析化学等领域更广泛的应用。     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

基于MEMS的高Q值核磁共振平面微线圈

为了提高核磁共振波谱检测信号的信噪比,实现对纳升级样品的检测,以及与微流控芯片集成,介绍了一种高品质因数(p值)平面微线圈及其制作工艺.基于对信噪比的仿真计算,利用SU.8厚胶掩模光刻与直流铜电镀工艺,在玻璃衬底上得到几种几何参数优化的圆形与方形线圈.自行设计了一种直流铜电镀工艺,铜层生长速度约1.2μm/min.平面微线圈几何参数如下:内半径200 μm～1000 μm,线宽/线间距20μm～80μm,圈数l～9圈,线圈厚度约12μm.利用Agilent4294阻抗分析仪,测得85 MHz/2Tesla下内半径l000/μm线圈的射频参数如下:RAc=7.25Ω,L=285 nH,Q=21.测得的Q值-频率曲线与仿真设计一致,即80 MHz附近p值达到最大.与国内外其他测量结果相比,所得线圈品质因数较高.相对于双层铜电镀方案,本制作工艺操作简单,经一次电镀线圈即可成形,微米量级下更容易采用MEMS工艺制作平面线圈.另外,平面微线圈的开发可以将核磁共振(NMR)检测技术集成到微全分析系统中.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导，并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数. 其制作工艺非常简单，插入损耗在1～2.5dB之间. 这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题，还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸，有利于提高器件的集成度. 为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径，为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

高温共烧陶瓷微流道工艺特性

功率芯片kW/cm²量级的热流密度给其热管理带来了严峻挑战，液冷微流道散热技术是解决热管理问题的重要研究方向。针对陶瓷封装中的应用需求，对高温共烧陶瓷(HTCC)中微流道工艺特性进行了研究。通过微流道设计、工艺流程设计、制备加工和测试，分析了结构参数对加工质量的影响，明确了微流道与芯片之间的陶瓷体厚度为0.30 mm,微流道宽度应≥0.10 mm,微流道间距需根据不同微流道宽度进行设计，微流道长度为非敏感要素。选择适当的结构参数可保证微流道的成形质量和加工精度，为微流道设计和工程化应用提供参考。     

激光制备PMMA基PCR微流控芯片的热压键合研究

MEMS技术的发展,使得PCR微流控芯片的制备成为了现实。本文采用波长248nm的准分子激光作为一种新型的微加工方法,在19KV电压和18mm/min的激光优化加工参数下,在40mm×63mm的PMMA基片上制备出了20个循环的PCR微流控芯片。芯片上微通道的宽为104μm,深为56μm,长为1040mm,芯片加工耗时57分钟。随后采用自己搭建的热压装置,定量讨论了热压键合的温度、压力和时间对芯片键合质量的影响,得出了PMMA基微流控芯片热压键合的最佳参数:95℃,160N,20min。并在该条件下成功地将PMMA基的20个循环的PCR微流控芯片和相同尺寸的盖片键合在一起,键合后的芯片具有良好的密封性,能够承受的最大压强为0.85Mpa,能满足进行PCR反应的要求。     

两种微方阵列基底上碳纳米管薄膜强流脉冲发射比较

采用酞菁铁高温热解方法,以化学镀铜层为缓冲层在具有微方结构阵列的硅基底上制备了CNTs薄膜,基底微方阵列的单元尺度分别为10μm×10μm×20μm(微方底边长为10μm,高为20μm)和40μm×40μm×20μm(微方底边长为40μm,高为20μm),微结构的阵列间距分别为30μm和80μm;在20GW脉冲功率源系统中采用二极管结构对两种CNTs薄膜进行强流脉冲发射特性测试。结果显示:随着脉冲电场峰值的增大,两种冷阴极的强流脉冲发射电流值逐渐增大,在相同峰值的脉冲电场下,微方结构单元尺度为10μm×10μm×20μm的基底上CNTs薄膜冷阴极的发射能力较大。结合利用有限元分析软件ANSYS模拟计算的微方阵列结构上表面的电场分布,研究了基底上两种微方阵列结构对碳纳米管薄膜强流脉冲发射能力的影响。     

一种低成本高效率气动式微流控混合器

液体混合是微流控芯片的重要功能之一,微流控液体混合方式可分为主动式和被动式两种。针对目前微流控混合器存在的被动式混合效率不高和主动式混合器制作工艺复杂等问题,研究设计了一种基于雕刻机加工的低成本、高效率气动式微流控混合器。该微流控芯片采用数控雕刻机快速加工微模具,经PDMS固化、翻模、打孔和键合等工艺,实现了微流控混合器的制作。同时研究设计了多气室脉冲气体驱动模式,有效实现了微量试剂和样品的快速混合。实验结果表明,所研究的主动式微流控混合器可以产生对流混沌作用,显著提高微尺度下的混合效率,为实现低成本的微流控芯片制作和高效试剂混合的MEMS生化检测系统提供了一种有效的技术途径。     

液相色谱-串联质谱法测定凡纳滨对虾中的黄曲霉毒素B1

采用液相色谱-串联质谱法,测定了凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)中黄曲霉毒素B1。采用选择离子扫描方式(SRM),ESI正离子模式检测,黄曲霉毒素B1的分子离子峰为(m/z)313.00,定量离子为(m/z)285.1,定性离子为(m/z)269.1、241.1。样品经过乙酸乙酯提取,正己烷净化,以乙腈0.5mmol/L乙酸铵水溶液(含0.1%甲酸)为流动相进行梯度洗脱。结果表明,黄曲霉毒素B1在0-5ng/m L范围内线性关系良好(R0.999),检出限为0.1μg/kg,在0.5μg/kg、1.0μg/kg、2.0μg/kg三个水平上进行加标回收试验,平均回收率为95.8%—103.2%,精密度RSD≤3%。采用该方法满足凡纳滨对虾中黄曲霉毒素B1的低含量检测。     

激光微纳连接技术研究进展

激光微纳连接技术是实现微纳米结构、电子元器件批量化生产的基础,是微纳制造领域的关键技术.在简要介绍微纳连接技术的应用需求和主要技术方法的基础上,重点对微纳尺度的激光连接技术进行了分析和论述.首先介绍了激光连接技术的尺寸范围,然后根据其工艺特性的不同选取三种典型的激光微纳连接技术,即激光微焊接,微纳尺度的激光软钎焊和激光...