數(shù)字微流控芯片開發(fā)與應(yīng)用研究.pdf

1、液滴微流控又稱數(shù)字微流控，該技術(shù)具有樣品消耗量少、反應(yīng)快、傳質(zhì)傳熱效果好、無交叉污染等優(yōu)點(diǎn)，是微流控技術(shù)的研究熱點(diǎn)。其應(yīng)用范圍涵蓋分析測(cè)試、生物工程、醫(yī)學(xué)分析、有機(jī)合成等尖端科技領(lǐng)域。微液滴生成裝置作為該技術(shù)的基礎(chǔ)，是產(chǎn)生大量穩(wěn)定、均一微液滴的關(guān)鍵，而市場(chǎng)上現(xiàn)有的該種裝置價(jià)格昂貴，因此開展對(duì)該技術(shù)的相關(guān)研究并開發(fā)出一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的微液滴生成裝置具有重要意義。
　　首先，綜述了微流控芯片及液滴形成與操縱的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)態(tài)，在此

2、基礎(chǔ)上確立了以開發(fā)微流控芯片及配套裝置為研究目標(biāo)。闡述了微液滴的生成原理及其相關(guān)理論，包括液滴動(dòng)力學(xué)的無量綱參數(shù)、潤(rùn)濕現(xiàn)象及接觸角、液滴流阻的計(jì)算、Marangoni效應(yīng)、液滴的界面動(dòng)力學(xué)等。分析了主動(dòng)法及被動(dòng)法兩種生成微液滴方法的異同，由于被動(dòng)法用于微液滴的高通量制備，因此本文選用被動(dòng)法。在上述基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并加工了常規(guī)十字型、蛇型及二次分裂十字型通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片。此外，為保證實(shí)驗(yàn)過程中的氣密性良好，對(duì)現(xiàn)有夾具進(jìn)行了改進(jìn)，通過在上蓋加

3、工用于插細(xì)管的孔并在底座加工用于觀測(cè)的通槽使其與實(shí)驗(yàn)所用芯片相匹配。
　　其次，開發(fā)出一套微液滴生成裝置并實(shí)現(xiàn)了兩種控制方案，分別為基于PC和基于單片機(jī)的控制方案。方案一硬件部分包括柱塞泵、電磁閥、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光耦隔離保護(hù)電路、串口、并口、電源、計(jì)算機(jī)、微流控芯片。軟件部分用VB.NET編寫，包括串口通訊程序及并口控制程序；方案二以STC89C52RC單片機(jī)為控制核心，在上述基礎(chǔ)上脫離了串、并口的控制成為一套獨(dú)立的便攜式裝置。