基于爆破阀的微流体引流控制芯片研究

微量流体的收集与控制是微流控领域的关键技术,微流体引流控制不仅需要对流速、时间等参数进行精确控制,而且要避免流体在多个检测区的交叉混染。本文设计一种基于爆破阀的微流体引流控制芯片。首先,对爆破阀机理进行分析,并采用MEMS工艺制备微流控芯片;然后,对影响爆发阀特性的材料亲水性进行跟踪测量,对微流控芯片的引流特性进行宏观和微观观测;更进一步地,对爆破阀的爆破压力进行理论计算和实验实测,3种爆破阀的实测爆破压力分别为90、690、2 440 Pa;最后,对不同进样速率下爆破阀的爆破特性进行测试。实验结果表明,通过爆破阀的合理设计,可实现微流体的引流控制,使其按预定次序、预定时间流入检测区,进而有效避免流体的交叉混染。     

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。     

毛细管基微流体放大系统流体流量分配的研究

微流体在平行通道中的均匀分配是实现微流体控制放量制备粒径单分散性功能微球的重要技术。本研究设计了毛细管基微流体控制放大装置,详细研究了毛细管尺寸、毛细管长度、流体流量以及流体粘度对微流体流量均分的影响。研究结果表明,随着毛细管内径的减小、毛细管长度的增加、流体流量的增大、流体粘度的增加,流体流量分配均匀性更好,即流体流量变异系数(CV)变小。研究获得了描述CV与其影响参数之间关系的经验公式。     

微电铸中电流-流体耦合的数值分析及实验

研究了LIGA/UV-LIGA的核心技术微电铸的内在规律,对影响铸层生长的阴极电流密度和流体流场进行了数值分析.以微流控芯片微模具上的十字电铸层为研究对象,建立了微电铸的数学模型.给出了描述微电铸体系电流密度和流体流场的偏微分方程,运用有限元法对微电铸体系进行三维数值仿真,得到了电流密度分布和流体流场分布的数值结果.选择十字铸层上的测量点,由该点处电流密度和流体流速仿真数据计算出微电铸4 h的铸层生长高度仿真值,并与相同工艺条件下的微电铸实验铸层生长高度进行对比.结果显示,对应各测量点微电铸生长高度仿真值和实验值的变化趋势接近,绝对偏差小,最大绝对偏差为4.437 μm,最小绝对偏差为0.264 μm.实验表明这种数值仿真方法适用于微电铸工艺设计的辅助分析,可缩短微电铸工艺的开发周期.     

微流体油液检测芯片设计

液压油中的磨损颗粒会引发液压系统故障,同时也是机械故障信息的重要载体,因此对液压油中的磨损颗粒进行检测和分析十分重要.基于电感测量技术和微流体技术,设计出微流体油液检测芯片.在该芯片中,磨损颗粒与平面电感线圈的理论间距为0,检测装置的灵敏度得到极大地提高.本文通过数值仿真和实验验证手段研究了平面电感线圈几何参数与电感变化量的关系.结果表明,当铁磁质颗粒通过检测通道时,测得的电感变化量随着线圈匝数的增加而增大,但是随着线圈线宽的增大而减小.本研究为解决油液金属颗粒检测问题提供了一个良好的方案.     

辅助溶剂对PMMA微流控芯片模内键合的影响

为了提高聚合物微流控芯片的键合效率,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片为对象,以微型注塑机为平台,研究了聚合物模内键合方法.利用注塑机提供的合模力作为键合力,利用模温机提供键合温度,选择异丙醇作为辅助溶剂,借助溶剂溶解特性来降低模内键合中的键合温度和压力.在30～70℃,用测量显微镜和台阶仪测试分析了不同键合温度条件下,辅助溶剂对芯片的表面形貌和微通道结构的影响;利用辅助溶剂进行模内键合实验,用电子万能实验机测试了芯片的键合强度,对模内键合工艺参数进行了优化.结果表明:异丙醇对键合质量的影响与键合温度、键合时间有关,在较高温度下会使芯片产生皲裂、微沟槽变形和堵塞;在键合温度为35℃,键合时间为5 min时,芯片的表面质量和微沟槽形貌较完整,键合强度不小于2.64 MPa.     

微流体实验技术研究

微流体实验技术的研究是微流体器件发展的迫切需要，它不仅可以提供测量微流体器件性能必备的工具，而且对于探索微观尺度流体的传输机制具有极为重要的意义。文章对微流体实验技术的难点进行了概括，并对几种主要的微流体实验技术进行了讨论，指出流动显示技术由于对流动本身的干扰非常小，而且在一些研究人员的努力下精度得到不断提高，已经成为一种最有潜力的微流体实验技术。     

微流体速度流型影响因素数值模拟分析

微流体速度流型对微流控芯片分离分析和混合反应效果都有重要影响。本文采用数值分析的方法研究在压力驱动和电渗驱动方式下管道大小与形状、弯曲管道以及表面粗糙度对微流体速度流型的影响。模拟结果表明管道的形状和大小对微流体的动量传递有很大的影响,进而影响微流体的速度流型。电渗驱动下弯道引起的弯道内外径速度差可以通过改变弯道形状和电渗强度的方法进行改善。对摩擦力的模拟中发现小管径密集粗糙颗粒的情况下得到的流型是最好的。模拟结果对微流控芯片的设计加工具有一定的指导意义。     

微流体芯片

美国麻省理工学院的研究人员成功地寻找到了利用微气泡模仿计算机功能的途径。他们表示，正如传统微处理器的电路那样，新开发的微流体芯片中的微气泡能传送信息。该研究将有望极大地促进“芯片实验室”（1abonachip）设备的能力。[第一段]     

便携式PCR-CE微流体芯片分析仪控制系统设计

本文设计并开发出用于DNA聚合酶链式反应（PCR）和毛细管电泳（CE）分离的微流体芯片分析仪控制系统.本系统采用32位嵌入式微控制器ARM实现PCR扩增所需的3条恒温区的闭环温度控制和毛细管电泳分离功能所需的高压电场自动控制.由于对恒温区温度的精确控制是影响PCR反应的关键因素,因此温度控制系统采用模糊免疫PID算法实现对温度的精确控制,其控制性能优于常规PID控制器.本仪器还包括矩阵式键盘、小型液晶显示屏、串行通信模块和毛细管电泳分离模块.实验结果表明本系统不但完全满足设计要求,而且PCR温度控制更加精确,分析软件功能全面,系统体积小,便于室外使用.