微流控芯片中样品装载与分配的恒流/恒压控制

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woshishen654123
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样品的装载与分配,被称为样品进样。进样过程的可控性和稳定性的是保证微流控芯片分析结果稳定与可靠的基础。电驱动进样是目前微流控分析中比较常用的驱动控制方法,是通过控制芯片微通道中的电渗流来驱动微通道内的流体流动以实现进样控制。 电渗流的速度取决于微通道上单位长度的电势差(电场强度)。目前微流控芯片分析主要依靠控制各通道入口处的电压来控制进样,需要利用微通道等效电阻模型才能计算出各微通道中的电场强度。而微通道中的电场强度与电流呈正比,微通道入口处的电流比电压更易表征各微通道中的电渗流速度,因此恒流驱动比恒压驱动更适于电动进样过程的控制。 本文利用CFD-ACE+建立了“双T”型结构的微通道模型,按照三组夹流进样条件对应的电场强度关系加载恒流和恒压驱动条件,分别计算了这六组电驱动条件下样品装载与分配过程中样品浓度的分布。计算结果表明:随着加载夹流电流和电压参数的变大,进入分离通道的样品浓度和样品量变小;其中样品浓度在三组电流条件下的变化要小于三组电压条件;而进样量在夹流电流参数逐步增大时同样逐步变小,而在夹流电压参数逐步增大过程中却产生突变。 为了实现恒流驱动样品进样,并研究恒流和恒压条件对进样过程控制的影响,本文研制了具有恒流、恒压两种输出功能的驱动高压电源,对其性能进行了测试。电流的示值精度达到±1μA(输出范围-160~160μA),电压示值精度达到±5V(输出范围0~4000V)。选择了三片“双T”型结构的塑料微流控芯片,对恒流驱动和恒压驱动下进样过程的可控性及控制的稳定性进行了实验研究。采用与数值计算对应的六组电驱动条件,进行了样品装载的夹流形态和分配样品量实验。实验测得的样品浓度与进样量的变化趋势与数值计算一致。实验还表明,恒流条件下芯片进样过程控制的片间重现性优于恒压条件。 综上所述,恒流驱动对微流控芯片分析中样品装载与分配过程的控制较恒压条件更稳定,并且对于微通道的结构有更好的适应性。
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