微流控芯片在生物化学分析中的应用

在介绍微流控芯片基本特征的基础上，阐述了微流控芯片的独特优势，并从5个方面探讨了微流控芯片在生物化学分析中的应用。     

微流控芯片中磁珠捕获的数值仿真

在微流控芯片中,利用磁场力操控技术实现磁珠的有效捕获在生物检测和生化分离等方面应用广泛,其在微尺度下的运动特性与磁场力和黏滞阻力的关系显得尤为重要。根据磁珠在微通道中的受力和运动方程,建立磁场和流场共同作用下磁珠的二维动力学数值模型,对三种磁场分布下磁珠的运动特性以及不同入口速度和磁场强度对磁珠捕获率的影响进行数值仿真。研究表明:磁体高宽比(h/w)越大,磁体内部的磁通密度越大且分布越均匀。当磁体高宽比从0. 5增至6时,极性相同磁体的捕获率范围为26. 7%～100%;极性相反和单磁体的磁珠捕获率最大值分别为63. 3%和53. 3%。双磁体的磁化方向对捕获率的影响为:h/w 2时,极性相反的磁珠捕获率较大;反之则小于极性相同的捕获率。通过仿真计算,入口流速介于1 mm/s～2 cm/s时,磁珠捕获率随流速的增加而减小。结果可用于实验指导流体流速进而优化磁珠使用量;并对微流控芯片的设计具有理论指导意义。     

微流控芯片在生物化学分新中的应用

在介绍微流控芯片基本特征的基础上,阐述了微流控芯片的独特优势,并从5个方面探讨了微流控芯片在生物化学分析中的应用.     

PDMS微流控芯片加工技术研究

对PDMS微流控芯片的制作流程、封装方法和结构特征进行了探讨,并提出了相应的解决方案。     

微流控芯片上样品连续介电过滤及微藻检测

报道一种可全自动、顺序实现样品中杂质颗粒介电过滤和目标颗粒电阻脉冲检测、计数和尺寸判定的微流控芯片装置.根据杂质颗粒与目标颗粒尺寸和介电特性的不同,在芯片通道上顺序设计了介电泳(DEP)分离区和电阻脉冲(RPS)检测区,通过理论模拟,优化并确定芯片结构和尺寸,并进行实验验证,实现了3μm聚苯乙烯杂质颗粒的介电过滤以及近头状伪蹄形藻的检测和计数.研究表明:颗粒收集通道的位置布置对于颗粒的收集效果有重要影响;检测到的近头状伪蹄形藻的RPS信号信噪比(＞20)较高,即DEP分离用的高压电源并没有明显影响RPS信号的信噪比.本研究对于发展成分复杂的单细胞生物样品快速检测和分析的微流控芯片便携式设备具有一定的借鉴价值.     

注塑成型微流控芯片通道脱模的变形机理

为提高微流控芯片注塑成型的脱模质量,采用分子动力学(MD)对环烯烃共聚物(COC)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的脱模过程进行模拟,研究在7×10-11 N脱模外力作用下,聚合物的平均速度、密度分布以及界面相互作用能的变化规律,分析通道脱模变形的分子演化机制.研究结果表明:在脱模过程中,通道底部最早与N...     

微流控芯片检测技术的研究进展

本文简单总结了光学检测法、电化学检测法和质谱检测法三种微流控芯片检测技术,并介绍了近几年微流控芯片检测技术的研究进展。     

微流控芯片上油液磨粒电容检测

报道一种可用来检测和计数油液中磨粒个数的微流控芯片实验室装置(microfluidic lab-on-chip).使用直径为25μm铜丝作为电极,在PDMS徼流控芯片上加工获得三维电容传感器,油液样品在微流控芯片上由注射泵驱动通过传感器.金属磨粒与油液介电常数不同,每一个通过电容传感器的磨粒均会产生电容脉冲信号,脉冲信号幅值反映了磨粒大小,而脉冲个数即为磨粒数量,实现了最小粒径为8 μm的铝磨粒的检测和计数.该油液磨粒检测装置具有结构简单、成本低、检测精度高等优点,有望应用于远洋船舶的油液离线分析.     

微流控芯片在单细胞捕获中的应用

 单细胞捕获是单细胞水平研究的前提和重要组成部分。微流控芯片通常具有与细胞尺寸相当的微通道结构,并能操控纳升至皮升级的极小体积流体,非常适用于高通量的单细胞捕获,加上微流控芯片能够将其他多种操作单元集成在一起,为单细胞分析提供了一种效率高、消耗低的研究平台。概述并对比了多种涉及流体力学、光、电、磁、声等领域的微流控单细胞捕获技术的原理和应用,展望了其未来的研究方向。     

基于镀膜玻璃微流控芯片制作工艺的研究

开发了一种采用金属膜绿基玻璃作为芯片制作材料,在玻璃上旋涂光刻胶层,制作微流控芯片的工艺.针对光刻胶层不耐刻蚀液腐蚀的特点,优化了涂胶、匀胶、预烘、曝光、显影、坚膜等制作工艺步骤,使得制作工艺具有良好的稳定性.自制玻璃微流控芯片的通道深度可以达到36μm,宽度可以达到150 μm,最大有效直线长度可达150 mm,芯片...     

基于免泵微流控芯片和电化学检测的便携式生物医学传感器研究

为满足即时检验(point-of-care testing,POCT)在基层和个性化诊疗使用需求,开发了一种免泵式微流控芯片和电化学检测生物医学传感器系统,配合免疫传感器完成了对过氧化氢和前列腺癌标志物的快速检测。系统利用改性处理后聚二甲基硅氧烷芯片通道内毛细作用力,自泵式完成待测试剂混合和流动,采用微型便携式检测设备控制输入信号并通过微电流检测电路设计读取传感器上电流信号,实现快速自动化检测。实验验证了三电极检测电路输出电位稳定,误差不超过1%;通过对双氧水浓度检测实验证明了该检测体系对浓度变化电流动态响应特性良好,输出稳定;检测系统配合生物传感器对前列腺特异性抗原浓度进行定量检测,检测限为1 ng/m L。据我们所知,这是首次利用电化学免泵微流控传感器进行前列腺抗原的检测,本体系结构简单,操作简便,系统有望与多种电化学传感器结合用于多种检测物质的快速智能化POCT检测。     

微流控芯片通道壁面润湿性对微滴生成的影响

液滴微流控中芯片微通道的壁面润湿性是决定微滴生成的重要因素之一。为研究环烯烃共聚物芯片微通道表面润湿性对通道内微滴生成以及流体流动行为的影响,利用流体体积(volume of fluid, VOF)模型对聚焦流微通道中水和氟油两相流动行为进行数值模拟,并制备了接触角为30°、90°、120°梯度下的芯片微通道壁面开展实验研究,模拟与实验吻合良好。结果表明:在固定物性和结构参数下,壁面润湿性越弱,油包水微滴越容易形成,壁面的减阻特性随之增强,并且壁面的减阻特性导致90°比120°时微滴的生成频率低29.3%,直径增大8.3%;随着润湿性的增强,水相相对于氟油相的界面由凸变凹,30°时芯片生成微滴由油包水变成水包油;随着连续相毛细数(Ca)的升高,壁面润湿性对微滴生成的影响减小。     

圆柱形煤自然发火实验台的数值模拟研究

XK型煤低温自然发火实验台能够较好地模拟实际条件下煤体的自燃过程，但由于受模拟实验用煤量大、周期较长、费用较高等条件的限制，不可能对各种不同条件下的煤样自燃过程进行多次实验模拟。为此，本文根据圆柱形实验台结构特点和煤样自燃特点，建立圆柱形实验台煤样自燃过程二维数学模型；然后，应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算。最后，以兖州东滩矿煤样自然发火实验为基础，对圆柱形煤样自燃过程进行数值模拟，其结果与实验基本一致。     

对接沟道NMOS结构击穿特性的二维数值分析

对VDMOS－NMOS兼容集成结构击穿时的电场特性进行了二维数值模拟,模拟结果分析表明：在适当的器件几何尺寸与制造工艺条件下,对接NMOS的对接区域对VDMOS－NMOS兼容结构的击穿特性影响很小,对接沟道NMOS结构可以较好地实现VDMOSFET与p阱NMOS电路的兼容集成．同时通过原理性实验对模拟结果进行了验证．     

微流控芯片上润滑油中微金属颗粒快速分离

润滑油中金属磨粒在线检测是实现船舶机械设备润滑状态监测和故障预判的重要方法之一。为了检测润滑油中不同类型金属磨粒,设计并搭建了微流控芯片上基于离心力作用的金属颗粒分离系统。该系统以微流控芯片为平台,设计了圆弧形流道结构,利用ANSYS CFX软件对微颗粒运动进行仿真模拟。实验操纵金属颗粒在离心力作用下实现分离,并进入不同种类金属颗粒通道。仿真和实验研究结果表明,所设计的金属颗粒分离系统可实现润滑油液中直径为15μm的铜、铝颗粒的有效分离。     

复式断面河道水流泥沙数值模拟

建立了复式断面河道一维扩展水流、泥沙数值模型,并且对阳泉治理河段的水流、泥沙情况进行了计算。计算结果与试验结果相比符合较好,说明了一维扩展水沙模型在实际工程上应用的可行性     

群潜坝对河道糙率影响的数值模拟研究

为分析群潜坝对河道糙率的影响规律及机理,运用FLUENT软件,采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合的方法,对坝间距为50,25,12.5,6.25 cm与原河道(没有布置潜坝),流量分别为4,8,15,25及75 m3/h共25种工况下河道水流流场进行了数值模拟,分析了建有群潜坝的河道其糙率的变化,得到了坝间距、水深坝高比对河道糙率的影响规律。其成果对河道整治、河道防洪等具有较大的参考价值与实用价值。     

凹槽通道中脉动流动强化传质的数值研究

对脉动流动强化凹槽通道中的传质进行了数值研究,探讨了雷诺数Re、斯德鲁哈尔数St、脉动振幅A以及凹槽的几何结构等参数对通道中流动和传质特性的影响.研究发现,受流体速度脉动的影响,凹槽中的漩涡发生周期性的形成和脱落,从而增强了流体间的相互掺混,这是强化传质的关键因素之一.在脉动流动下,通道内的传质能力得到很好地强化,尤其是凹槽内部的局部传质性能更佳.传质的强化效果随着Re和A的增大而增强,而且对于该模型存在最佳的St,它与凹槽的几何结构有很大关系.     

制样方法对砂土液化力学性质影响的离散元模拟

基于PFC2D软件对湿捣法和落砂法制备的砂土试样进行不排水循环剪切试验模拟,分析了砂土颗粒在动力加载过程中细观结构的变化规律。结果表明,施加荷载后,试样颗粒长轴方向在压缩侧偏向水平,拉伸侧趋向竖直,而接触法向的趋势则与之相反,二者的各向异性系数均逐渐上升。试样整体配位数随荷载的作用逐渐下降,液化后于0～3范围内波动。湿捣法试样比落砂法试样的各向异性程度更小,液化所需的加载循环数更多,即具有更高的抗液化强度。密实度越高,两种试样的液化强度差别越大。