微溝道的形狀誤差對(duì)樣品分離效果的影響.pdf

1、微流控芯片的研究是一個(gè)跨學(xué)科的新領(lǐng)域,是新世紀(jì)分析科學(xué)、微機(jī)電加工、生命科學(xué)、化學(xué)合成、分析儀器及環(huán)境科學(xué)等許多領(lǐng)域的重要發(fā)展前沿.它是以微管道為網(wǎng)絡(luò),連接微泵、微閥、微儲(chǔ)液器、微電極、微檢測(cè)元件等具有光、電和流體輸送功能的元器件,最大限度地把采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等分析功能集成為一體的微全分析系統(tǒng).在微流控芯片的制作和使用中發(fā)現(xiàn),微溝道表面總不可避免地存在一定程度的形狀誤差及缺陷,造成樣品的濃度區(qū)帶展寬,極大地影響電泳芯

2、片的片內(nèi)和片間分離重復(fù)性和樣品檢測(cè)精度.然而,前人的研究都是針對(duì)理想結(jié)構(gòu)對(duì)電泳分離過(guò)程的影響,目前還沒(méi)有人系統(tǒng)地研究制造過(guò)程中引入的微通道形狀誤差等因素對(duì)電泳分離的影響.本文對(duì)"微流控芯片的形狀誤差對(duì)樣品分離效果影響"這一問(wèn)題進(jìn)行了全面而細(xì)致的研究.在對(duì)微流控輸運(yùn)機(jī)理進(jìn)行全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)之上,利用MEMS模擬仿真軟件CoventorWare建立了一系列包含形狀誤差的微溝道模型,并對(duì)流過(guò)不用結(jié)構(gòu)形狀誤差區(qū)域后樣品的峰高和半峰寬進(jìn)行計(jì)算仿真研

3、究后得出,以收縮角和擴(kuò)張角為代表的微溝道的形狀誤差對(duì)樣品的分離效果有不同程度的影響,并存在一個(gè)影響程度的轉(zhuǎn)折點(diǎn).同時(shí),基于玻璃微流控芯片的微加工工藝,制作了兩片玻璃芯片,每片帶有4個(gè)十字交叉型微溝道,代表8個(gè)典型角度的形狀誤差值,利用這兩片芯片在"微流控芯片流體動(dòng)態(tài)觀測(cè)平臺(tái)"上開(kāi)展微流控分析實(shí)驗(yàn),考查玻璃芯片的形狀誤差對(duì)樣品流動(dòng)和分離的影響.最終對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并與模擬計(jì)算的結(jié)果相比較后發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)與模擬計(jì)算的結(jié)果吻合的較好,驗(yàn)證了微

4、流控芯片溝道的形狀誤差對(duì)樣品分離效果的影響及其規(guī)律.綜合分析實(shí)驗(yàn)及模擬計(jì)算的結(jié)果表明,以收縮角和擴(kuò)張角為代表的微流控芯片溝道的形狀誤差,對(duì)待分析樣品的流動(dòng)和分離效果有很大的影響:隨著收縮角的增大,樣品的峰高和半峰寬分別呈增大和減小的趨勢(shì)變化;而隨著擴(kuò)張角的增大,峰高和半峰寬的變化趨勢(shì)正好相反.并且峰高和半峰寬隨兩種類型形狀誤差角的變化都存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn):當(dāng)收縮角(擴(kuò)張角)小于15°(左右),峰高和半峰寬隨角度的增大而變化劇烈;當(dāng)收縮角(擴(kuò)