基于AMESim的新型PDMS微阀动态特性仿真研究

针对一种新型的可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀的进一步研究和应用问题,在阐述了其结构和工作原理的基础上,利用AMESim软件建立了相应的动态仿真模型,对其流量、压力动态特性进行了分析,并且给出了该种微阀和传统气动电磁阀的流量、压力动态特性的对比分析结果.该种新型的电磁致动微阀由微流控芯片的上层PDMS平膜、具有微流道的下层PDMS厚膜和电磁致动器构成,电磁致动器通过安装在阀座上的玻璃片与PDMS微流控芯片实现了集成.而且,采用这种集成化的新型微阀的控制方式相较于传统采用气动电磁阀的控制方式,具有成本低、体积小、易于与微流控芯片集成等优点.研究结果表明,采用这种新型PDMS微阀对微流控芯片进行驱动和控制可以获得较好的动态特性,并且该研究对电磁致动微阀的进一步研究和应用提供了一定的理论指导.     

具有三维聚焦功能的微流控芯片

为了使用微流体细胞仪对细胞精确计数,采用紫外光刻工艺制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流体检测芯片(微流控芯片).使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行二次倒模复制其结构以缩短微流控芯片制作周期、降低制作成本,并进行了芯片的封装与测试.首先,利用沉浸式光刻技术和斜曝光工艺制作了具有三维聚焦功能的SU-8微流沟道;然后,利用PDMS对所制作的SU-8微流沟道进行一次倒模,得到其负模结构;对负模结构进行表面处理后,再进行二次倒模,得到PDMS微流沟道;最后,封装PDMS微流沟道与盖片,制得微流控芯片,并对微流控芯片的沟道聚焦效果进行了测试.实验测试发现随着鞘流与样本流流速比不同,得到样本流的聚焦宽度也不同.当鞘流与样本流流速比为20∶1时,可以得到约10.4 μm的聚焦宽度.结果表明,该芯片结构可靠,可以满足进一步的流体聚焦检测要求.采用该方法制作的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点.     

湿法腐蚀硅制作PDMS微流控芯片

提出一种制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片的方法。用15%四甲基氢氧化铵溶液各向异性腐蚀硅(100)制作模具,然后经过浇模,中真空键合得到PDMS微流控芯片。整个过程耗时约10 h。用SEM和激光共焦显微成像系统观察整个制作过程。分析了硅片模具及PDMS微流控芯片图案的一致性及粗糙度,结果表明硅片模具图案的相对标准偏差低于3%,表面粗糙度Ra是0.051 μm,PDMS微流控芯片相应的分别是1%和0.183 μm。用PDMS微流控芯片进行电泳分离试验,分离场强200 V/cm,在4.7 cm长的分离通道中,30 s内成功分离了四苯磺酸基卟啉(TPPS)和羧基钴酞菁(TCPcCo(Ⅱ))的混合样品。     

基于单电动机驱动的微流控芯片及其控制系统的设计

为解决在低聚焦流速下实现微流控芯片的高效聚焦和快速筛选功能及微流驱动控制系统小型化、低成本等技术问题,设计了一种微流控芯片及其微流驱动控制系统。该微流控芯片由控制层、PDMS薄膜层、流体通道层和玻璃基底等4层组成,流体通道层设置有1个主通道和3个分选通道,微流驱动控制系统中的液流控制装置采用单电动机时序驱动3个柱塞泵工作,控制层的热膨胀微阀门控制3个分选通道的开关。该微流控芯片及驱动系统实现了不同检测物的自动检测、聚焦、前进、静止、归类和筛选等功能。     

基于面板工艺的数字微流控芯片 .txt

摘要：针对传统数字微流控芯片电极数量少和制造成本高的问题,对基于面板工艺的数字微流控芯片进行了设计、制备和验证。引入现有成熟的液晶面板设计与制造技术,在玻璃基板上完成金属、绝缘层、有机膜、ITO等膜层的图形化加工。结合常规半导体旋涂工艺,完成疏水层的制备。实验成功地制备出一种集成有480个电极的单基板数字微流控芯片样品。通过合理的驱动电极排布与驱动信号时序设计,实现了低成本化的微流控芯片的设计与制造。对于所设计的微流控芯片进行了功能验证,实现了液滴的连续移动,最低驱动电压可达到25 V,可驱动液滴的体积范围为8～50 μL。还通过系统化的实验对芯片的有效工作条件进行了验证。 .txt     

热压法快速制作微流控芯片模具

提出了一种微流控芯片模具的快速批量制作方法。应用光刻与湿法腐蚀技术制作玻璃母模,然后采用热压成形技术批量制作聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阳模,再利用阳模浇模、键合批量制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。结果表明,该法制作的PMMA模具及复制得到的PDMS芯片平整度好、一致性高,其沟道宽度和深度的相对标准偏差分别小于0.5%和1.5%。     

基于面板工艺的数字微流控芯片

针对传统数字微流控芯片电极数量少和制造成本高的问题,对基于面板工艺的数字微流控芯片进行了设计、制备和验证。引入现有成熟的液晶面板设计与制造技术,在玻璃基板上完成金属、绝缘层、有机膜、ITO等膜层的图形化加工。结合常规半导体旋涂工艺,完成疏水层的制备。实验成功地制备出一种集成有480个电极的单基板数字微流控芯片样品。通过合理的驱动电极排布与驱动信号时序设计,实现了低成本化的微流控芯片的设计与制造。对于所设计的微流控芯片进行了功能验证,实现了液滴的连续移动,最低驱动电压可达到25 V,可驱动液滴的体积范围为8～50μL。还通过系统化的实验对芯片的有效工作条件进行了验证。     

PC微流控芯片黏接筋与溶剂的协同辅助键合

为了在微流控芯片上形成封闭的微通道等功能单元,克服热压键合中微流控结构的塌陷和热压所致芯片微翘曲对后续键合的影响,提出了一种适用于硬质聚合物微流控芯片的黏接筋与溶剂协同辅助的键合方法。以聚碳酸酯(PC)微流控芯片为研究对象,通过热压法在PC微流控芯片上的微通道两侧制作凸起的黏接筋,通过化学溶剂丙酮微溶PC圆片的表面,然后将PC圆片与带有黏接筋的PC微流控芯片贴合、加压、加热,从而实现微流控芯片的键合。分析了键合机理,并对键合工艺参数进行了优化。实验结果表明:键合质量受丙酮溶剂溶解PC圆片的时间和键合温度的影响,能够保证键合质量的最佳键合温度为80~90°,溶解时间为35~45s,芯片的键合总耗时为3min。与已有键合工艺相比,所提出的黏接筋与溶剂辅助键合工艺有效提高了键合效率。该键合方法不仅适用于具有不同宽度尺寸微通道的微流控芯片,还可扩展用于不同材料的硬质聚合物微流控芯片。     

PCR-CE微流控芯片技术的若干进展

PCR-CE微流控芯片是利用微电子机械系统制作在硅、玻璃或聚合物衬底上的一种微装置,它可以在单个芯片上自动连续完成样品制备、聚合酶链反应、毛细管电泳等微过程。本文通过介绍一些研究小组的研究成果,评述了PCR-CE微流控芯片技术的若干进展及各种PCR-CE微流控芯片的特点,预测了PCR-CE微流控芯片可能的发展方向。     

基于Ag-PDMS复合导电材料的微流控芯片3D电极的制备

提出一种利用Ag粉和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)制成的复合材料加工微流控芯片3D电极的方法。选取导电性良好的银粉作为填料物,透明性良好和生物兼容的PDMS作为基体。将Ag颗粒表面改性后,用超声法、机械共混法相结合的方法与PDMS混合加工形成一种新型Ag-PDMS复合导电材料。分析了Ag粉的形貌、粒径、填料比例与复合材料电阻率的关系,结果表明当选取粒径为1μm片状Ag颗粒作为填料物,填料质量分数为86%时,Ag-PDMS复合导电材料的导电性能最好。最后利用软光刻方法,经过曝光、显影、填充、固化和剥离等过程,制备了3D电极。实验证明,该方法可以成功制备Ag-PDMS复合导电材料微流控芯片3D电极,对微流控芯片电极的制备有重要意义。     

聚合物PDMS片表面特性的AFM和XPS初步研究

本文用原子力显微镜(AFM),研究常用固化模具材料玻璃、有机玻璃(PMMA)和塑料制作的PDMS盖片的表面特性。并用XPS分析PDMS表面的化学组成,表明在优化的PDMS芯片制作条件下,PDMS芯片的自粘粘合力取决于盖片的表面粗糙度。     

电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具

提出了一种基于电场驱动微尺度3D打印制备蜡基材料微结构的工艺。通过脉冲直流产生自激发静电场驱动皮升级体积石蜡微滴喷射沉积成形;研究了打印参数如气压、电场强度、脉冲频率及占空比等因素对于蜡模打印的影响;优化实验参数,制作了可用于PDMS转印的石蜡微模板,模板线宽为61.25 μm,高度为44.13 μm;结合微转印技术和等离子改性技术制作了微米级微流道芯片样件,并通过实验验证了其具备微流控芯片的基本特征。     

Design and manufacture of high-filling-efficiency microfluidic devices

In this study, we proposed an efficient method for mass production of high-filling-efficiency microfluidic devices. Precision machining was the main process of device fabrication. The commercially available SolidWorks software was adopted for structure design. Unigraphics software was then used to simulate the machining process. The simulated tooling file was then loaded into a CNC milling machine for mold production. The fabricated metal mold was used for pouring polydimethylsiloxane (PDMS) to obtain high-filling-efficiency microfluidic structures. Finally, plasma-assisted packaging was conducted to tightly bind the PDMS microfluidic structure to the glass substrate. Experimental results showed that the additional semicircular filling structure and expended fill-entry structure can efficiently enhance filling efficiency of the microchannel device. The incubation well array can be completely filled at a relatively short filling time. The proposed highly efficient filling microfluidic device possesses advantages, such as feasibility for mass production and cost effectiveness.     

温度可控全透明PDMS微通道阵列芯片的设计

本文设计制作温度可控全透明PDMS微通道阵列芯片。采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃,分别加工微通道阵列及加热器并利用真空氧等离子实现芯片的键合。芯片的温度控制部分采用单片机AT89C51为核心,通过对PID温度控制算法进行修正,芯片的温度控制精度可达到±0.2℃。该芯片可用于DNA分析或细胞培养。     

微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用

以微流控技术为研究对象,介绍了微流控芯片的制备材料及工艺,阐述了微流控技术在生命科学交叉领域的应用,主要从生物检测、体外结构仿生制造及可控释放的药物载体制备三方面展开介绍;从芯片结构设计及制备、功能模块集成、过程调控等方面入手,探讨了所涉及的关键技术;展望了微流控技术在机械工程-生命科学交叉领域的应用前景。     

聚二甲基硅氧烷气动微型蠕动泵制作工艺的研究

聚二甲基硅氧烷(PDMS)气动微型泵由3个PDMS气动微阀构成,依靠3个微阀的蠕动作用实现输运液体的作用.PDMS气动微泵的关键制作工艺是液体通道的弧形化和PDMS层之间、PDMS层与玻璃基片之间的封接.实验证明AZ4620正性光刻胶所制作的阳模能形成剖面形状呈弧形的液体通道.采用等离子体氧化处理法封接技术实现了PDMS层之间、PDMS层与玻璃基片之间的封接,该工艺易操作,封接速度快,而且封接效果好.     

微流体芯片技术在免疫分析中的应用

微流体芯片技术最初起源于分析化学领域,它采用网络式的通道结构为免疫分析研究提供一个新的平台。在微流体芯片通道中,人们利用它所提供的较高比表面积来完成免疫反应,这样可大大提高分析速度,改善分析效率并降低样品和试剂消耗。随着微电子及微机械制作技术的不断进步,近年来微流体芯片技术发展迅速,并开始在化学、生命科学及环境科学等领域发挥越来越重要的作用。本文对微流体芯片技术在均相免疫分析和非均相免疫分析中的应用进行综述,介绍用于免疫分析研究的多种微芯片系统并讨论在芯片上进行免疫反应的各种方法。