微流控分析芯片的制作及流控特性研究

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本文在介绍了微流控分析芯片的概念、优点及局限性,综述了其研究意义、国内外发展现状,并预测了发展前景的基础上,主要完成了以下工作:(1)从工艺角度详细介绍了玻璃微流控分析芯片的制作技术,包括材料的选择、微结构的设计、标准光刻、化学湿法刻蚀以及最终的键合。重点通过实验比较分析了影响刻蚀结果的几个主要因素,优化了刻蚀条件,引入了两种低温/室温键合技术;初步完成了玻璃微流控分析芯片的普通实验室制作工艺摸索。(2)介绍了微流控分析芯片中微流体的动电驱动理论,通过对双电层、电渗流等理论的分析,建立了微流体的二维动电驱动数学模型,并且推导出了Poisson-Boltzmann方程和Navier—Stokes方程的稳态解析解;结合使用计算机仿真软件Matlab对电渗势场、近壁电渗势场、电渗流流速、体积流量及壁面上的剪切应力进行了模拟仿真,分析了以上各研究对象分别与离子能量参数α、变量β的关系,验证了动电驱动理论的正确性。(3)使用自制的玻璃微流控分析芯片,通过实验研究了不同等效宽度微通道中微流体流速与外加电压的关系,在分别对T型、十字型等不同构型微通道中的流场对比分析后,总结出了流场分布与外加电压、叠加电场、离电极距离以及电极加压状态的关系。
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