多功能微流控芯片测试与控制系统的设计与构建

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微流控芯片技术是近几年发展起来的一种全新的分析技术,它是基于微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)技术在玻璃、硅片、有机聚合物等材料上制作出微通道、微反应腔、微混合器、微泵微阀等多种微细结构,把常规生物化学分析过程中样品采集、处理、反应和检测等一系列不连续过程集成在一个芯片上完成,达到分析设备的微型化、集成化,从而实现“微全分析系统”(Micro Total Analysis Systems,μTAS),其具有分析速度快、污染小、并行处理等优点,正逐步应用于临床检验、环境监测、法医鉴定等领域。 微芯片是微全分析系统的核心部件,其性能极大影响着系统。目前针对微芯片性能的检测方法、设备相对有限,还没有一套较全面的微芯片性能测试与控制系统。为此,本论文根据微流控芯片的特点和功能要求,开发了一套多功能微流控芯片测试与控制系统,实现了对微流体进样、迁移、分离等过程的精确自动控制,具有温度控制和微结构形貌实时监测等多种功能。 1.根据微流控芯片的功能要求,基于C8051F020 MCU设计了多功能控制板,实现了电泳模块精确自动控制、检测灵敏度的智能调节、温度的PID控制,关键技术申请了专利,具有创新性。 2.采用12位高精度A/D数据转换,对信号进行了硬件滤波与软件滤波处理,实现了数据高精度快速自动采集,并直观图形界面显示。 3.完成了整个系统搭建及程序编写工作,并进行了微流体控制、温度控制及尿蛋白检测等实验,获得了满意的结果。 通过本论文的实验表明,系统实现了复杂微流体控制、PID温度调节、微结构形貌实时监测等功能,可以根据要求对芯片进行性能测试并获得可靠直观的数据,这对实验现象结果的分析及系统结构的设计均具有理论指导作用。但由于微流控芯片驱动、结构的复杂性,要实现微流控芯片的真正全性能分析,系统还需进一步的改进,实现系统的小型化、功能多样化发展是最终目标。 当前微流控芯片分析技术正飞速发展,芯片性能检测就成了芯片发展必须走的一步。而此系统的出现正好满足了这一需求,有着广阔的应用前景,也是微流控芯片的发展(产业化)不可少的一环。
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