面向雙顆粒捕捉的介電電泳微流控芯片研究.pdf

1、微流控芯片(Microfluidics)是研究在微米尺度的結(jié)構(gòu)中對(duì)微量液體樣品進(jìn)行控制的技術(shù),致力于實(shí)現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室各種生化分析平臺(tái)的微型化,具有樣品消耗量小、設(shè)備體積緊湊且易于集成的特點(diǎn),在化學(xué)分析和生物檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用。微流控芯片領(lǐng)域中最重要的研究內(nèi)容之一是對(duì)液體中的微顆粒進(jìn)行捕捉、操縱和分離。
　　在細(xì)胞融合過程中一個(gè)重要前提就是完成對(duì)來源不同的兩個(gè)細(xì)胞的配對(duì)捕捉,本文在微流控芯片顆粒捕捉技術(shù)的基礎(chǔ)上,

2、針對(duì)在細(xì)胞捕捉過程中難以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)大小不同顆粒進(jìn)行批量化配對(duì)捕捉的技術(shù)難題,設(shè)計(jì)制作了一種基于介電電泳(DEP)的雙顆粒捕捉微流控芯片,該芯片具有捕捉配對(duì)率高、批量化、操作簡便等特點(diǎn)。
　　首先,對(duì)微流控芯片雙顆粒捕捉的機(jī)理進(jìn)行了研究。根據(jù)偶極矩理論推導(dǎo)了介電電泳力的表達(dá)式,得出影響介電電泳力的主要參數(shù)。計(jì)算了鍍金微球的頻率響應(yīng)曲線;對(duì)芯片中的顆粒進(jìn)行了受力分析,得出對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)影響較大的DEP力和Stokes力,推導(dǎo)了顆粒在芯片中

3、的運(yùn)動(dòng)方程。最后在理論分析的基礎(chǔ)上提出一種用于捕捉大小不同的雙顆粒的芯片設(shè)計(jì)。
　　其次,在對(duì)雙顆粒顆粒捕捉機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了用于雙顆粒捕捉的微流控芯片。在建立芯片物理模型后,利用有限元分析軟件對(duì)芯片進(jìn)行數(shù)值仿真。根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)芯片的電極尺寸、形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),得出芯片最優(yōu)結(jié)構(gòu)和控制參數(shù)。此外,還對(duì)芯片的電場(chǎng)、流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了芯片能夠按照預(yù)定設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所需要的功能。
　　隨后,利用MEMS加工工藝加工微流控芯片

4、。采用ITO玻璃作為基板材料,利用濕法刻蝕技術(shù)刻蝕出所需的電極陣列,并在其上制作了半封閉的PDMS微通道,然后用光刻法在玻璃上加工出所需的SU-8微結(jié)構(gòu)以及半封閉的SU-8通道,最后將帶有SU-8微結(jié)構(gòu)的蓋板與帶有PDMS微通道的基板對(duì)中,用氧等離子體技術(shù)鍵合形成所需的微流控芯片。
　　最后,搭建微流控實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行顆粒捕捉試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)并搭建顆粒捕捉所需的電信號(hào)和流體控制系統(tǒng),首先實(shí)現(xiàn)對(duì)其中任一種顆粒的單獨(dú)捕捉,然后實(shí)現(xiàn)了顆粒A