论文部分内容阅读
本文对生物芯片以及PCR技术的发展历史、研究现状以及未来发展趋势进行系统回顾和分析。作为第二代生物芯片的PCR微流控芯片,因其在分子生物学和生物医学上有着重要的应用,是一种值得研究的重要芯片。随后针对目前国内外PCR微流控芯片的研究现状,提出了采用准分子激光微细加工技术在价格便宜、生物兼容性好的聚甲基丙烯酸甲脂材料(PMMA)上制备PCR微流控芯片的新方法。PCR微流控芯片的首要任务是三个恒温区换热长度的计算,针对目前PCR微流控芯片的设计缺乏理论计算和数值模拟的现状,本文应用计算流体力学软件FLUENT分别对宽100μm,深50μm的直通道、弯通道以及逶迤型通道内微流体的速度场分布和温度场分布进行了数值模拟,总结出了微流体从入口处充分发展成为层流的过渡长度以及温度场达到稳态的换热长度,随后结合进行PCR反应的原理,应用CAD软件设计出了20个循环的PCR微流控芯片。PCR微流控芯片的制备则是采用本文提出的新方法,在PMMA材料上制备出横截面为矩形、底面光滑、逶迤型的微通道。为此在应用扫描电镜和三维形貌分析仪对PMMA表面被准分子激光刻蚀前后的形貌、刻蚀粗糙度以及单脉冲刻蚀率等进行详细分析的基础之上,总结出了准分子激光刻蚀PMMA的宏观规律和微观刻蚀机制,提出了一种准分子激光刻蚀PMMA的是光热光化学以及羽辉共同作用的理论解释。随后应用总结出的优化加工参数在该材料上刻蚀出了宽104μm,深56μm,矩形度高达80%,底面光滑的20个循环的PCR微流控芯片。制备出来的芯片必须和相同尺寸的盖片键合在一起,在芯片表面形成密闭的微通道才能投入使用。为此本文应用自己搭建的热压键合装置分析了PMMA基PCR微流控芯片热压键合过程中压力、温度以及恒温时间对键合质量影响的分析,总结出了该芯片进行热压键合的优化参数为:160N,95°C和20分钟,然后在此参数下,将该芯片和相同尺寸的盖片键合在了一起,键合后的芯片具有良好的密封性能,最大能够承受0.85Mpa的压力。键合好的芯片还必须和本文自己设计的多路温控系统集成在一起才能投入使用。该温控制系统主要包括两部分:1)温控功能的实现;2)温控系统隔热效果的理论计算和实际测量。其功能的实现主要是采用AD590作为温度传感器,采