復(fù)合導(dǎo)電材料三維微流控芯片電極的研究.pdf

1、電場(chǎng)廣泛應(yīng)用于微流控系統(tǒng)中用以實(shí)現(xiàn)如流體混合，控制細(xì)胞或微粒等各種功能。這些電操作大多數(shù)是由薄膜金屬電極實(shí)現(xiàn)的，在傳統(tǒng)的IC工藝中，薄膜電極通常是由蒸發(fā)或?yàn)R射加工而成，電極的厚度被限制在幾百個(gè)納米左右。而尺度和微流控芯片相當(dāng)?shù)娜S微電極結(jié)構(gòu)不僅可以在沿溝道高度方向產(chǎn)生均勻電場(chǎng)，還具有魯棒性好，可承受的電流密度大，加電產(chǎn)生的焦耳熱少等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于如細(xì)胞介電泳，電融合，細(xì)胞裂解，捕獲等微流控芯片研究。但加工三維電極技術(shù)難度大，成本高，與

2、玻璃等基片鍵合時(shí)存在困難，常有芯片漏液現(xiàn)象發(fā)生。
　　本論文選用了一種基于導(dǎo)電顆粒和PDMS混合制成的新型復(fù)合導(dǎo)電材料用來(lái)加工三維微電極，這種材料保留了PDMS本身的加工特性，主要具有以下兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：1.可以加工各種厚度和形狀，2.可利用軟光刻技術(shù)模塑成型，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電極加工方法，節(jié)約成本，縮短時(shí)間。
　　首先，利用ComsolMultiphysics有限元仿真軟件，對(duì)平板電極對(duì)產(chǎn)生的電場(chǎng)分布進(jìn)行了分析，并得到了芯片內(nèi)部

3、介電泳力強(qiáng)度和方向的分布情況。相較于左右對(duì)稱(chēng)的電極結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，平板電極對(duì)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度更大，細(xì)胞更容易聚集到中間均勻電場(chǎng)區(qū)域，形成“珍珠串”結(jié)構(gòu)。另外，對(duì)填料在基體聚合物中是如何形成導(dǎo)電通路及形成后載流子傳輸方式進(jìn)行了初步討論和分析。
　　其次，在PDMS常規(guī)加工手段的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了一套完整的制作流程，分別選用銀粉和石墨粉兩種不同類(lèi)型的填料，制成了Ag-PDMS和C-PDMS。材料電阻率與填料含量的關(guān)系滿足滲流理論，改變?nèi)軇⒐袒?/p>

4、劑、填料粒徑等制備因素也會(huì)對(duì)電阻率產(chǎn)生影響。借助阻抗分析儀測(cè)試了材料的交流特性，發(fā)現(xiàn)阻抗受頻率影響較大，且填料比例越小受頻率的影響越大，激勵(lì)幅值大小對(duì)各種比例的樣本幾乎都不產(chǎn)生影響。借助掃描電鏡對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察可知，填料主要以團(tuán)聚體和鏈狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在。采用邵氏A型硬度計(jì)檢測(cè)了材料硬度，測(cè)試表明填料比例增大在提升導(dǎo)電性能的同時(shí)，材料的物理性能也會(huì)發(fā)生急劇變化，可加工性變差，應(yīng)結(jié)合具體應(yīng)用，在導(dǎo)電性和可加工性之間選取一個(gè)平衡點(diǎn)。
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