微流控芯片是在长度仅有几十毫米的芯片上,向内注射微升或纳升容量的待测液体完成一系列的分离、混合、反应及检测等基本步骤。微流控技术涉及多学科领域的交叉,包括化学、材料、自动化、机械、物理、流体等专业。可以应用于生物化学分析、即时诊断、材料的筛选与合成、组织与器官仿生等不同领域。微流控芯片不仅可以提高分析的速度,大大的减低分析的费用,减少样品的消耗,对微量元素的分析具有广阔的应用前景。本文根据微流控芯片内的微流体驱动系统和微混合的工作原理及研究项目需求,确定了微流控芯片的整体结构方案及加工工艺流程。方案为首先实现样本及试剂的定量分流,然后采用无阀微泵驱动微流体在微混合器内进行混合,最终利用阻抗传感器检测血液颗粒的体积,利用吸光度测试对血细胞进行分类和计数。微流控芯片内部流体的定量分流可以通过两种不同的技术方案来实现。基于毛细管电泳驱动技术,利用十字夹流进样法对微流控芯片的进样进行定量分流,具体方案为采用双十字通道,通过控制电压的大小和切换方向来实现流体的定量进样过程和分离分析过程。在数学模型控制方程的基础上,采用有限元仿真软件COMSOL建立十字通道模型、设置流体的边界条件、施加耦合的多物理场,模拟仿真了微流体的定量分流过程,通过两组不同数据对比分析了电势差与分离效率和分离速度的关系,得到不同时刻下十字分离通道不同位置和试样浓度关系的曲线图。另一种方案是通过气动微阀实现微流控芯片内部流体的定量分流。由于待混合的两种溶液体积相差悬殊,因此利用气动无阀微泵驱动对定量分流后的流体在微混合器内进行混合,混匀后进行阻抗测试和吸光度测试,据此完成了微流控芯片内部的微通道结构设计。微流控芯片的整体结构主要分为三层,包括上层盖片、中间层和下层基片。根据设计需求和材料特性,盖片和基片选用硼硅酸玻璃材料,中间层选用有机聚合物PDMS,采用光刻法进行芯片结构加工,通过热键合方法对三层结构进行封合。利用COMSOL软件仿真分析了无阀微泵结构参数对微流体瞬时流量的影响。基于无阀微泵的结构和驱动原理,对微尺度下流体的尺寸效应、流速和流阻进行理论分析,并根据无阀微泵左右两端的扩散管/收缩管结构,推导流量、压力和阻力系数的计算公式。同时对无阀微泵内的流场进行仿真模拟分析,得出不同的角度、长度及宽度在不同的压强下对瞬时流量的影响。最后,分析了本文所设计的内肋式被动微混合器的混合效果。通过流体的扩散控制方程、强化混合和混合性能的评价方法,利用COMSOL软件建立内肋式微混合器的有限元分析模型,在模型上截取了等距离的10个截面,仿真分析不同的入口速度、扩散系数以及动力粘度对混合效率的影响,得到了各个截面和浓度的关系曲线。