微泵作为微流控系统的动力源,因其具有装置体积小、易于大规模集成、所需样本试剂少,有效比容积高、试剂利用率高等优点,吸引了生物化学分析领域研究者越来越浓厚的兴趣。在各种类型的微泵中,蠕动微泵作为多腔室机械式微泵,对运输的液体性质不敏感,具有生物兼容性好、运输分辨率高、响应频率高、反向截止压强大等优点,在药物运输、细胞培养、片上混合、微液滴生成等领域应用潜力极为广泛。本论文针对改善微泵响应频率、死体积、制造工艺、成本高、和所需试剂体积大等问题,提出了一种芯片上的蠕动微泵技术。该技术将致动器和微流控芯片分离,使得芯片即插即用成为可能,提高了致动器的重复使用率,降低了使用成本。论文对片上蠕动微泵技术的工作原理、芯片设计、系统构建以及具体应用进行了研究,具体概括如下:1.提出了一种新型片上蠕动微泵技术方案。致动器和芯片采用分离式、模块化设计,结构简单。文中建立了微泵流体输运的数学模型,利用该模型分析了微泵的输运能力与芯片几何结构参数和致动器工作参数的关系。基于该方案加工制作了片上蠕动微泵系统,重点研究了致动器阵列与微流控芯片的加工与装配工艺,并对该系统进行了表征,实测了不同驱动条件与不同芯片结构参数下微泵的输运性能。实验证明该片上蠕动微泵流控分辨率高(8.4nL/s),死体积小(<300nL),可双向运输,响应速度快(～12.5ms),并且所需工作试剂体积在微升量级,这将极大地扩展微泵的应用范围。2.研究了双通道片上蠕动微泵混合器技术。针对微量试剂混合不均匀,效率低的问题,提出了基于双通道蠕动微泵的片上混合方法,实现了微升体系下试剂的主动混合,提高了混合效率。利用微泵低频运输流体具有周期性脉动的特点,提出了恒流工作模式下的主动混合,其相对混合指数达0.278;此外,还提出脉冲工作模式下的主动混合,其相对混合指数达0.06,提高了混合质量。3.开展了基于蠕动微泵的液滴生成技术研究。多腔室蠕动微泵无法有效地实现油水液滴生成,为此,本论文提出负压辅助下的蠕动微泵驱动技术,实现可调尺寸液滴的生成,并提出了一种液滴按需生成方案。这种微量试剂液滴生成技术为一些昂贵试剂和微量样本处理提供了新的解决方案。在负压的驱动下,芯片T型管道结构处生成油包水单分散液滴。通过调节微泵的流率改变离散相管道的等效流阻,可以调控所生成液滴的尺寸(81.5μm～345.5μm)。本论文的主要创新之处在于所提出的片上蠕动微泵采用分离式设计,采用一次性微流控芯片,既减少了试剂的浪费,又避免了试剂的交叉污染。文中建立的特定形状的微管道流体运输数学模型,为微泵和其它微管道设计提供了理论参考。文中还探索了蠕动微泵在微混合与液滴生成领域的应用,设计了双通道片上蠕动微泵微混合器与可调尺寸液滴生成系统,提出了几种蠕动微泵的工作模式,展示了蠕动微泵在芯片实验室中的应用前景。