微纳流控芯片对准操作系统的研究

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自然杂志授予了一项新的“本世纪的技术”它被称为“芯片实验室”,微流控芯片就是其中之一,自然杂志文章中从多方面的阐述了微纳流控芯片的应用前景和发展过程。虽然微流控芯片的发展只有几十年的时间,但是其应用领域已经从最开始简单的样本分析延伸到了现如今的临床诊断核酸分析、蛋白质分析、细胞筛选等方面。通常来说,微流控芯片指的是集成了各种单元的微器件,其加工方法利用的技术是微小加工,这种技术可以加工出微反应的腔室、微泵、微阀、微混合的腔室和微小沟道等。而且,微流控芯片的制作可以用不同种类不同材质的材料,最后做成的芯片大小可能只有平方厘米大小。这种微流控芯片的基础是建立在分析化学上的,比如,灯的光线分成两半,还在犹豫的人张着双眼。故事结局明显,不懂我的表现,因为是我不会表现。厌恶了生活的善变,没有了心的期盼。可以在微小沟道上通入流体试剂和不同的生物、植物样本。以实现样品的进样、混合、分离、反应和检测,特别适合应用于单分子检测、分离分析,DNA快速测序和蛋白质富集等研究。但是,对于微流控芯片而言,如何对准、键合、如何制作成为关键问题。针对现有的微装配系统存在的问题,本文介绍了一种用于微纳流控芯片的对准系统,自主设计了一套用于微纳流控芯片对准的装置,并采用了一种称为“吸附-夹持-旋转”的芯片组装方法。基于霍夫直线检测原理进行了对准装配应用实验。制作了微纳流控芯片,并进行了芯片性能实验,分析了实验结果。首先,对国内外目前微装配系统研究现状以及存在的问题进行了分析。同时,针对具体的芯片加工制作方面提出了自己的一个方案,目的在于解决芯片键合效率低,制作过程慢、过程复杂、难度大等问题。其次,在微纳流控芯片对准过程中,对准精度、对准方法、对准时间、对准理论,以及对准工艺是否便捷高效是我们要关心的问题。基于上述问题,运用霍夫变换理论,本文研究了一种微纳通道对准方法来完成芯片的自动对准。与某些传统的芯片对准方法相比,它避免了手动三维移动平台在芯片对准过程中的误差和耗时。并且,将霍夫变换直线检测应用到微米沟道芯片与纳米沟道芯片对准的过程中。目的在于实现高效、精确的微纳米芯片的全自动对准,为提高芯片制作效率和检测芯片的精准度作出贡献。再次,基于以往将微纳结构制造在同一片芯片上的方法,虽然节省了材料,但是对光刻套刻的精准度要求较高,且不能得到多构型的芯片。现搭建一款新型的微纳流控芯片自动对准装置,该装置将微纳结构分别制造在两块芯片上,这样在不同位置组合,两个芯片不仅可以得到更多构型的微纳流控芯片,还降低了对制造设备的要求和工艺的复杂性,有利于实现低成本和批量化的微纳流控芯片的制作。该装置主要由夹持吸附部分、支撑部分和底座等部分组成,应用于微纳流控芯片的自动对准装配。另外,本文所设计的微纳流控芯片自动操纵系统在对准玻璃芯片过程中,控制精度、夹持力、多自由度位移是影响芯片对准质量的几个重要因素。因此,实现这三个方面的高精准度控制是本文解决的关键问题之一。本文基于对准装置的要求,设计了微纳流控芯片对准装置的控制部分,选用STC15W4K32S4作为控制器对压力模块以及电机模块进行控制,选用了相应的传感器并对控制系统各部分电路进行了设计。最后,对微纳流控芯片对准系统的部分性能进行了测试以及芯片的通流体实验。主要包括压力采集模块的传感器的校准、夹持吸附模块的直线度检测、芯片制作及其通流体实验。证明了用本文研究方法对准及制作芯片的可行性、可靠性,为微纳流控芯片的研究做出贡献。
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