【摘 要】
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数字微流控技术是一类先进的液滴操纵技术,可通过多种驱动原理实现微液滴操控。其中基于介电润湿效应的数字微流控技术发展尤为迅速,该技术不依赖泵、阀等器件即可实现微液滴操控,具有试剂消耗小、自动化程度高、与传统检测技术兼容性好等优点。但传统介电润湿芯片存在制备工艺复杂、加工难度大、成本高、可复用性差等问题;此外,相应的介电润湿芯片驱动系统硬件结构复杂且控制困难,阻碍了该技术在检测领域的应用和推广。针对上
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数字微流控技术是一类先进的液滴操纵技术,可通过多种驱动原理实现微液滴操控。其中基于介电润湿效应的数字微流控技术发展尤为迅速,该技术不依赖泵、阀等器件即可实现微液滴操控,具有试剂消耗小、自动化程度高、与传统检测技术兼容性好等优点。但传统介电润湿芯片存在制备工艺复杂、加工难度大、成本高、可复用性差等问题;此外,相应的介电润湿芯片驱动系统硬件结构复杂且控制困难,阻碍了该技术在检测领域的应用和推广。针对上述问题,本文提出了一种可快速制备的介电润湿芯片,并研发了一套与之相匹配的驱动系统,通过该系统对微液滴的运动进行控制。本文的主要研究内容如下:(1)针对介电润湿芯片存在制备工艺复杂、加工难度大、可复用性差的问题,提出了一种介电润湿芯片快速制备工艺,并设计了一个含有12×4电极阵列的介电润湿芯片作为评估对象。该芯片制备工艺基于印刷电路板加工方法,具有制备工艺成熟、加工难度小、耗时短等优势,能够实现低成本、大批量生产。本文所研发的介电润湿芯片介电层可更换,因此芯片具有一定的可复用性。(2)针对常规介电润湿芯片驱动系统硬件结构复杂、芯片控制困难等问题,研发了一套集电极开关阵列模块、驱动主控模块、隔离模块和电源模块为一体的驱动系统,并研发了配套的芯片快速更换结构。该系统具有结构简单、控制方便等优点,能够实现液滴运动的可编程控制。(3)评估了本文介电润湿芯片的微液滴控制性能及与阻抗检测技术联用的可行性。结果表明,当芯片驱动电压为250 V时,可控制体积范围为1-80μL的去离子水完成输送操作。当液滴体积为5μL、驱动电压为350 V时,液滴最大运动速度可达12.1 mm/s。在本介电润湿芯片上还研发了一体化阻抗检测模块,控制一定体积的磷酸盐缓冲液运动至特定位置,随后对其进行阻抗信号检测。在10 k Hz频率下,当磷酸盐缓冲液浓度为0.002-0.01M时,检测的阻抗幅值与浓度之间的回归方程为y=-1956·ln(x)+7716.7(R2=0.9812)。
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