微流控芯片发展与展望

介绍了微控分析系统的一般特点,发展历史和近期的研究进展,分别讨论了微流控分析系统中有关流控系统,芯片材料,检测系统,集成化系统,分离系统,试样引入和前处理系统等研究领域的发展趋势,并对微流控分析系统的应用前景做出了展望。     

微流控芯片发展与展望

介绍了微流控分析系统的一般特点、发展历史和近期的研究进展.分别讨论了微流控分析系统中有关流控系统、芯片材料、检测系统、集成化系统、分离系统、试样引入和前处理系统等研究领域的发展趋势,并对微流控分析系统的应用前景做出了展望.     

微流控芯片凝血检测装置的设计

在传统检测原理及方法的基础上,设计了一种凝血检测装置。重点对检测装置的机械部分进行了改善,选择微流控芯片替代传统的玻璃试管作为检测容器。实验结果表明,与传统玻璃试管相比,采用微流控芯片作为检测容器,试剂混合均匀,检测结果的重复性好。     

微流控芯片PCR循环温控系统

介绍了一种适用于微流控芯片PCR扩增的新型循环加热系统,包括系统可控电源电路设计、控制方案确定及控制算法实验.实验表明该系统消耗试剂量小,温度控制准确、稳定,适用于微流控芯片PCR扩增实验.     

微流控芯片中液滴被动式融合的流道设计

液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种全新的操纵微小体积液体的技术.液滴的融合方式分为主动式和被动式两种,主动式融合主要是通过在局部施加电场进行的电融合,而被动式融合则是通过对流道的形状局部修改,利用两个液滴的速度差和由于挤压形变后产生的应力促使液滴完全融合.文中设计了一种用于融合液滴的扩张通道,给出流体控制方程,从雷诺数、空间受限效应、主流流体的流场变化和液滴体积4个方面探讨对液滴有效融合的影响.     

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。     

聚合物微流控芯片的键合技术与方法

在微流控芯片的制作中,键合是关键技术之一,基片与盖片只有通过键合才能形成封闭的微通道,因此键合质量直接影响芯片的制作质量。对键合方法进行了分类,综述了目前已有的芯片键合技术及方法,分析了各种键合方法在制作质量、制作效率以及是否适用于批量化制作等方面的局限性,详细介绍了具有效率高、适合批量化生产等优点的超声波键合技术的研究进展。     

微流控光纤芯片的研究

微流控光纤芯片是一种把光纤植入到芯片中以方便检测的新型生物分析芯片，它利用光纤传输激发光，使激发光斑的直径大大减小，省去了光学会聚装置，缩小了检测系统的体积，提高了检测灵敏度。另外，它具有试剂消耗少、处理速度快、制作成本低、制作方法简单等优点，成为微全分析系统（μ-TAS）研究的热点。结合目前带光纤微流控芯片的发展状况，综述了两种类型芯片的制作方法及其所需材料，介绍了每种芯片的检测原理、结构及分类，分析了每种芯片的优点与不足，并探讨了其发展趋势。     

微流控芯片电泳门进样方式的改进研究

本文通过实验并结合计算机模拟,对微流控芯片电泳的电动门控进样方式进行改进,在一定程度上减缓了压力流对实验的影响。     

微流控芯片操作机器人碰撞保护装置的设计

从避免芯片操作机器人与外界环境碰撞的角度进行了安全性设计研究.设计了一种能够感知碰撞发生信号,基于继电器和电磁制动器实现机器人保护的碰撞保护装置,计算分析了本装置对芯片操作机器人定位精度的影响.实验表明,此装置能够精密控制前冲惯性位移＜1 mm,适应性强,不影响操作机器人定位精度,有利于提高微流控芯片自动化制造系统的安全性和自动化水平.     

数字式平均法提高MRS探测信噪比应用研究

针对核磁共振地下水探测仪信号甚微弱导致信噪比太低的问题,分析了野外施工环境电磁干扰的特点,设计了数字式平均型数据采集与数据预处理系统。把一次测量时间内的信号分成若干个时间间隔小段的信号,然后对这些信号进行取样,将各次测量中处于相同位置的取样进行积分平均。研究结果应用于JLMRS(Jilin magnetic resonance souding)型核磁共振地下水探测仪中,实验室与野外探测结果表明,数字式平均方法改善核磁共振地下水探测仪信号的信噪比是有效的、可行的。     

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。     

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.     

快速检测病原菌含量的简易微流控系统

针对现有水产养殖病原菌检测时效性差、自动化程度低的缺点,提出了一种快速检测水产养殖病原菌含量的简易微流控系统研究方法。该系统将微电极构造于微流控芯片通道底部并与数字阻抗测量电路连接,通过在磁珠表面包被水产病原菌抗体,利用外部高斯磁场控制诱导磁珠捕获水产病原菌,并将水产病原菌与磁珠结合体带至微电极阵列,通过在电极端构建基于阻抗测量的计数电路,从而有效检测水产病原菌含量。研究结果表明该系统能够有效测量水产病原菌的含量,检测时间由传统的平板计数法48 h减少至30 min,检测效率提高为原来的60多倍,检出限相比现有的微流控阻抗法缩小100倍。     

信噪比对高速视频系统作用距离制约的分析

研究了在靶场测试中能否用高速视频系统替代高速摄影完成记录功能的问题,讨论了这一问题涉及到的成像视场、信息量、作用距离等技术指标.依据系统作用距离的判据对高速摄影系统和视频系统的作用距离进行了分析.分析表明,视频系统的信噪比、分辨率、帧频之间存在相互制约的关系而不能兼顾,当帧频、分辨率提高时,信噪比则下降,对高速、高分辨视频系统,信噪比是限制系统作用距离的首要因素.由于信噪比的限制,高速视频系统达不到高速摄影的作用距离.     

基于虚拟仪器的雷达故障检测系统设计

随着计算机技术、软件技术、微电子技术的不断发展完善,虚拟仪器正以其开放性、易用性、扩展性强等特点,逐步取代传统检测仪器,成为各种复杂电子设备故障检测的高效手段。本文以NI公司的labview8．5为软件平台,采用最简单经济的PC-DAQ方式设计雷达故障检测系统,并着重阐述了该系统硬件组成、软件层次结构和设计方法。     

基于虚拟仪器的电力谐波失真测量系统设计

该文基于虚拟仪器介绍了一种便捷的电力系统谐波失真测量方法。利用电压互感器和NI myDAQ采集卡采集实际电网信号,在LabVIEW2017中配置DAQ助手、频谱测量模块和失真测量模块。该设计能够快速并且较准确地测量出实际电网的信噪比和总谐波失真。     

GGBP蛋白修饰的表面等离子共振微创血糖检测仪

根据基于微流控芯片的组织液透皮抽取系统设计了一种小型化微创人体血糖检测仪器.该仪器基于微创的方法,利用真空负压抽取人体组织液,并采用表面等离子共振(SPR)技术,通过检测皮肤真皮层组织液中的葡萄糖浓度来预测血液中的葡萄糖浓度.通过绑定对葡萄糖具有特异性吸附的D-半乳糖/D-葡萄糖结合蛋白(D-GGBP),对SPR传感器表面进行预处理,实现对葡萄糖分子的特异性吸附.实验配制了不同浓度的葡萄糖溶液,检测并得出葡萄糖溶液浓度与折射率的关系曲线.应用课题组设计的微创血糖检测仪,实验测量了葡萄糖溶液浓度与组织液浓度,并与血糖仪测量得到的葡萄糖溶液浓度进行了比较.结果表明,使用GGBP修饰过的表面等离子共振传感器测量葡萄糖水溶液浓度的下限为0.625 mg/dL,当葡萄糖水溶液浓度在0.625～5 mg/dL时有较好的线性.通过测试实验验证了该仪器的可行性,显示了结合GGBP蛋白的SPR测量技术在微创血糖检测领域有良好应用前景.     

低信噪比下WCDMA信号的盲检测与降耗研究

宽带码分多址信号是非周期性信号,由于非周期性扩频码打破了伪码的周期和相关特性,使它淹没在噪声中难以检测。针对宽带码分多址信号的盲检测,利用四阶矩切片对高斯白噪声的良好抑制效果,以及将混噪信号四阶矩切片的时延零点除去后的更优抑噪性能,提出了基于二次四阶矩切片的检测法,使得原本被噪声掩盖的扩频信号凸显出来,并利用一种快速计算方法降低了计算量。研究结果表明,当信噪比为-21 dB时,检测概率仍可达到90%以上,使得在相同噪声影响下,信号发射功率更低。     

微流控细胞芯片LED诱导透射式荧光检测微系统

构建了用于微流控细胞分析芯片的发光二极管(LED)诱导透射式荧光检测微系统,以克服现有荧光检测系统体积大、能耗高,以及激发光光路、检测区域和荧光收集光路间光学耦合效率低等问题。该系统的激发光光路和荧光收集光路互成135°,LED发出的激发光经透镜聚焦和激发光滤色片滤光后,经直径为200μm的小孔光阑限束,然后投射到微流控芯片通道末端的检测区域;产生的荧光及杂散光经加工后置于微流控芯片底部的发射光高通干涉滤色薄膜后,被光电倍增管收集。以HepG2肝癌细胞为测试样本对该荧光检测微系统的有效性进行了评测,结果显示:当LED工作电流为200mA,PMT控制电压为3.5V时,可产生与背景噪声明显区分的峰值信号;用250s观测时间得到了8个平均峰高为0.7V的峰值信号,与荧光显微镜观察结果一致,实现了细胞的在线计数检测功能。提出的系统为新型微全细胞分析提供了一种新的技术途径。