PDMS微流控电泳芯片的快速制备

采用Protel软件绘制微流控沟道的形状,利用电路板制作技术加工出模具.该芯片由PDMS基片和PDMS盖片组成,微流控沟道位于基片上,深度和宽度分别为75μm和100μm,由盖片对其进行密封.考察了有绝缘漆模具和无绝缘漆模具制作的芯片的电泳分离情况.在所制作的PDMS微流控电泳芯片上对用异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸进行了电泳分离,当信噪比S/N=3时,最小检测浓度达到0.8×10-11mol/L.     

PMMA微流控检测芯片的设计与制作

设计并制作了一种PMMA（polymethyl methacrylate）材料的微流控检测芯片,将外界气体驱动液体用于实际水样的分析和检测．利用精密加工的方法加工出芯片的整体尺寸为86mm×60mm×4．5mm．采用溶胶-凝胶的改性方法对微通道管路进行亲水处理,正硅酸乙酯的水解缩合生成了一层溶胶．凝胶覆盖在PMMA表面,从而大大提高了亲水性．在室温下对芯片进行键合,溶剂为二氯乙烷和无水乙醇按1：1混合的混合液．该方法避免了微通道的坍塌,有效防止了堵塞．实验证明,芯片接触紧密,且冲击强度能够满足要求．同时,芯片上集成了多个阀．阀膜选用0．5mm厚的硅胶膜,采用硅橡胶做黏合剂     

聚合物微流控芯片的注射成型

针对注塑成型微流控芯片过程中出现翘曲变形和微通道复制精度不高等缺陷,采用正交分析法,仿真优化了芯片厚度方向上的翘曲变形;基于翘曲优化结果,实验研究了微注射成型微流控芯片过程中模具温度、熔体温度和注射速度对微通道变形的影响。结果表明,保压时间和保压压力对微流控芯片的翘曲变形影响最大,而模具温度对微通道变形影响最为显著。采用优化的工艺参数,所成型的芯片微通道具有较高的复制度,无明显翘曲变形,可满足使用要求。     

微流控芯片微沟道的超声压印制作

作为一种新型聚合物微结构成形方法,超声波压印具有成形速度快和基片整体变形小的特点,但是微结构在较大面积成形时存在均匀性较差的问题．本文面向微流控芯片中微沟道的超声波压印成形,通过设计正交实验和有限元仿真研究的方法,分析了超声压印工艺参数对微流控芯片成形质量和均匀性的影响原因及规律．结果表明,可以通过优化超声波压印压力、振幅和超声波作用时间提高压印均匀性．其中超声波压印压力对成形精度和均匀性的影响最大．采用优化后的工艺参数进行实验,在48mm×32mm面积的PMMA微流控芯片基片上成形了微沟道,微沟道的复制精度优于95．6％．片上3点的均匀性为98．0％．     

集成一次性微流控芯片的便携式荧光检测系统

本文研究了一种新型的生物化学分析系统,该系统包括便携式荧光检测仪和带光纤的微流控芯片．采用基于MEMS技术的微泵将待测物与荧光试剂的混合物导入微流控芯片,采用PMT检测受激发产生的荧光,荧光强度与待测物浓度成一定比例．激发光则通过光纤将光源LED光信号导入微沟道中．随着液体在微沟道中的流动,可连续分析和检测不同的样品．该系统检测1～1000μg／L浓度的荧光素具有0．966的相关系数．基于荧光猝灭原理,该系统还可检测浓度为5ng／μL的硝基化合物．该生化分析系统除具有便携式和一次性微流控芯片优点外,还具有成本低．试剂、样品消耗量少,且分析时间短等优点该系统能实现现场检测,可应用于临床诊断、环境检测及生物战剂检测等领域     

基于局部溶解性激活的聚合物微流控芯片超声波键合

利用低于临界振幅下的超声波作用在聚合物上仅产生表面热的特点,结合PMMA在异丙醇(IPA)中的温变溶解特性,提出了一种基于局部溶解性激活的超声波聚合物微流控芯片键合方法.理论分析表明当超声振幅小于临界振幅时,只有器件接触表面产生局部表面热,而且在70℃附近IPA对PMMA的溶解性才具有良好的激活作用.在试验研究中,利用精密加工法和热压法制作了带面接触式导能筋结构和80μm×80μm微通道的PMMA微流控芯片基片.在超声振幅为13μm、键合时间8 s、键合压力300 N的条件下进行了键合试验.结果表明,芯片拉伸强度达2.25 MPa,微通道的承压能力超过800 kPa,键合后导能筋无熔融,微沟道变形率小于2%,键合时间仅为8s.该方法的键合强度和键合效率明显高于传统的键合方法,而微结构的变形率却较小,故可作为一种具有产业化前景的聚合物MEMS器件快速封接方法.     

塑料微流控芯片的制作及其自动化

实现塑料微流控芯片制作的自动化能够大幅度降低制作成本,稳定芯片质量,并使芯片具有较好的一致性,是推广应用、实现产业化所亟待解决的重要问题。本文简要介绍了微流控芯片的发展现状,指出影响其推广应用的主要障碍及所面临的主要问题。阐述了实现塑料微流控芯片制作自动化的意义。简述了制作塑料微流控芯片的两种主要方法——模塑法和热压法,分析了热压法制作塑料微流控芯片的工艺过程及其实现自动化所需解决的诸如自动脱片、基片与盖片的自动对准及预联接等技术问题。介绍了大连理工大学微系统研究中心同北京航空航天大学机器人研究所合作研制开发的塑料(PMMA)微流控芯片的自动化制造系统,并简要说明了主要的组成设备。     

微流控技术制备ZnO纳米棒及生物荧光检测性能研究

本研究设计并制备了一种微流控芯片并在其中水热合成了氧化锌(ZnO)纳米棒。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究了合成条件对ZnO纳米棒的形貌和晶体结构的影响。结果表明, 在微流控芯片中可制备得到致密的ZnO纳米棒, 其直径和长度随加热方式和制备时间的变化而改变。对比研究不同加热方式制备的ZnO纳米棒阵列检测异硫氰酸荧光素标记的羊抗牛IgG的性能, 发现局部加热方式制备的ZnO纳米棒检测荧光素标记蛋白的性能更佳, 在10 pg/mL~1 μg/mL范围内线性良好, 相关系数为0.99209。在此基础上, 用局部加热制备的ZnO纳米棒检测人甲胎蛋白(AFP), 其最低检测限可达1 pg/mL。这些结果表明, 微通道中合成的ZnO纳米棒适用于多通道荧光检测。     

利用CO2激光法快速制造PMMA基材的微流控分析芯片

提出一种广泛使用的CO2激光法,以直接读写烧蚀的方式,进行快速的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材的微流控分析芯片的制造.利用此方法所制造的微流道,将以扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）及表面轮廓仪进行各项表面性质的分析.本文所发展的CO2激光烧蚀法,提供了一个可广泛使用及具有经济效应的PMMA基材的微流控分析芯片的制造方法.在此激光制程法中,微流控分析芯片的制造图案可由商业的套装软件绘制而成,再传输至激光系统中进行烧蚀微管道,结果显示利用离焦法的激光制程技术,在没有退火处理的情况下,就可以获得表面相当平滑的微流道,表面粗糙度小于4nm.     

基于微流控芯片技术的小尺寸微米级液滴制备

利用微流控芯片技术制备的皮升级微量液滴,作为独立的微反应器,由于其比表面大,高通量等优势,在生物、医学、化学、物理等领域得到了广泛应用。本工作利用软光刻技术制备流聚焦型微流控芯片,研究了微流控芯片中连续相和分散相的流速对微量液滴尺寸的影响。结果显示,增加连续相流速时,微量液滴的尺寸减小;而加快分散相流速时,微量液滴的尺寸增大。当微流控芯片的通道尺寸固定后,由于分散相和连续相的界面张力不变,通过改变连续相和分散相的流速,微量液滴的尺寸范围有限,本工作中微量液滴的尺寸为几百微米至25μm。本工作探究了微流控芯片中如何制备尺寸小于25μm的微量液滴的方法。通过添加活性剂,改变连续相和分散相的界面张力,可实现制备尺寸为10μm的微量液滴。本工作所利用的微量液滴制备方法,制备的10μm大小液滴具备更高的比表面积,反应活性将会更大、在药物释放,颜色显示等领域将有广阔应用前景。     

微流控芯片制作及电特性研究

采用热压和键合的方法制作玻璃和有机聚合物(PMMA)芯片,对玻璃和PMMA芯片在高压直流电场作用下的伏安特性进行了研究和分析。实验表明,玻璃芯片的伏安线性区域为1100V,PMMA芯片为700V,由于玻璃的导热性能优于PMMA,所以玻璃芯片的伏安线性区域大于PMMA芯片。在此线性段内,根据基尔霍夫电流定律将芯片简化为等效电阻模型,研究了分离电压以及分离焦耳热对芯片分离效果的影响因素,为微流控芯片的优化设计提供了理论依据。     

聚合物多层微流控芯片超声波键合界面温度研究

针对聚合物多层微流控芯片键合,采用热辅助超声波键合方法实现了4层微流控芯片的键合,搭建了多界面温度测试装置,采用埋置热电偶的方法测试了三个被封接界面的温度场,研究了单独超声波作用和热辅助超声波键合法中各界面的温度并进行了比对.温度测试实验结果表明,在顶层热辅助温度70℃、6μm振幅、30kHz频率、100N超声波焊接压力和25s超声波作用时间下,基于热辅助的多层超声波键合方法可以使各键合界面的温度基本一致,从而实现多层微流控器件的多个界面键合质量一致.本文的研究为聚合物微流控器件的超声波多层键合机理研究提供了有益借鉴.     

微流控芯片表面修饰及在蛋白质富集中的应用

应用分子自组装技术，在SiO2表面衍生活泼醛基，在SiO2表面有125nm的衍生物，衍生的醛基和氨基发生共价反应而将入免疫球蛋白G固定在二氧化硅表面，抗原抗体反应显示固定的抗体有活性。应用微加工技术加工含交叉排列的椭圆形微柱阵列的微流控芯片，有效增加内表面积和流体接触机会，用同样修饰方法修饰微流控芯片内表面并固定人免疫球蛋白G，流经管道的相应抗抗体和其发生反应而被吸附在管道表面，实现对该抗抗体的亲和富集，富集后荧光密度增加15倍。表面修饰技术能实现蛋白质在二氧化硅表面的固定并保持其生物活性，结合微流控芯片能实现对相应蛋白质的微量富集。     

不可逆封合微流控芯片中高活性蛋白质阵列的制备

保持生物分子的高活性是在不可逆封合微流控芯片中构筑微阵列芯片的关键问题.首先,利用MEMS技术和表面修饰方法制作了一种聚二甲基硅氧烷(PDMS)/玻璃芯片.应用光刻技术制作了PDMS盖片上的通道,同时用光刻剥离技术制作了玻璃基片上的金膜图案.进而,使用双官能团修饰剂3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)在玻璃基体和金膜图案上进行选择性表面修饰以吸附形成蛋白质阵列,并在其上覆盖一层水溶性聚乙烯醇(PVA)来保护蛋白质,既可避免其在加热处理过程中的高温伤害,又能防止在PDMS盖片与玻璃基片进行不可逆封合过程中的氧等离子体轰击造成的活性伤害.然后,通入水溶液冲洗除去PVA膜.使用荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)考察蛋白质阵列质量,并结合免疫反应实验和细胞捕获固定实验评估蛋白质阵列的活性.结果表明,使用该方法可在不可逆封合的微流控芯片制作中构筑具有直径为200μm的高分辨率蛋白质阵列图案,蛋白质保持高的免疫活性,且可用于固定Hela细胞.     

冷冻水流量和温度对基于混合工质的双温冷水机组性能影响

为研究冷冻水流量与温度变化对基于大滑移温度非共沸工质双温冷水机组性能的影响规律,本文在大滑移温度非共沸工质的双温冷水机组实验台进行了多组实验研究。实验分别研究了非共沸工质R32/R236fa在不同质量组分比例(0.4∶0.6,0.5∶0.5,0.6∶0.4)下,冷冻水流量由0.25 m~3/h增大到0.45 m~3/h,以及高温冷冻水温度变化时,冷水机组性能的变化情况。实验结果表明,在冷却水进出口温度为32℃与37℃,高、低温冷冻水温度分别为7℃,16℃时,不同冷冻水流量下冷水机组的制冷效率(COP)最大为4.17,最小COP为3.27。此外,高温冷冻水温度变化对冷水机组COP存在明显影响。实验为大滑移温度的双温冷水机组的应用提出了数据基础。     

PDMS微/毫流控芯片的简易快速制备及其疏水性研究

将玻璃片/管、锡箔等材料进行组装、通道搭建制备出带有管路图案的容器,再将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体浇注到该容器中固化成型,之后通过模具拆卸、切割制备出整体式PDMS微/毫流控芯片.该法可获取各种微通道尺寸保真性好的整体式芯片,其通道截面圆形度与由热压法制备的微流控芯片相比有明显提高.另将获得的PDMS芯片经过30 min紫外改性后,其疏水性得到明显改善,与H2O的接触角由钝角变为了锐角,并在室温下静置能维持1 h左右的改性,完全能够满足液滴成型实验的时间要求.另外将该法制备的PDMS整体式芯片用于单分散液滴、双重液滴制备时,可在较宽的流速范围(4 mL/h~36 mL/h)内得到粒径可控的液滴,并且液滴在芯片通道中不易破乳,表现出良好的稳定性.这对于靶球制备、功能材料合成、活性成分保持等应用有重要意义.     

基于多层SU-8结构的微喷阵列芯片的制作与应用研究

采用光刻胶SU-8的光刻成型技术和"多次光刻、一次显影"工艺制备了基于三层SU-8结构的微喷阵列芯片,重点研究了SU-8胶工艺过程中平整度、温度和曝光剂量对多层微结构的影响,解决了芯片结构有裂纹、发生破裂和喷孔堵塞等问题.利用O2等离子体处理了芯片微管道内表面,使液体样品在进样后能够进行自动传输、分配和贮存.持续10ms的10kPa气压驱动下,该芯片可以在3.4mm×3.4mm的尼龙膜上制成5×5样品微阵列,25个点直径平均值为384μm,变异系数为2.6%.利用该芯片制成的DNA微阵列的信号强度变异系数达到4.5%,直径大小变异系数达到3.2%,符合生物微阵列分析的要求.