微流體的電滲驅(qū)動及其相關(guān)技術(shù)的研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TB126 O361.4 學(xué)校代碼：10213 國際圖書分類號: 530 密級：公開 工學(xué)博士學(xué)位論文 微流體的電滲驅(qū)動及其相關(guān)技術(shù)的研究 博 士 研 究 生：楊胡坤 導(dǎo) 師：王 揚 教授 副 導(dǎo) 師：姜洪源 教授 申 請 學(xué) 位：工學(xué)博士 學(xué) 科 、 專 業(yè)：機械制造及其自動化 所 在 單 位：機電工程學(xué)院 答

2、辯 日 期：2008 年 12 月 授 予 學(xué) 位 單 位：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 摘 要 - I - 摘 要 微流控系統(tǒng)是 20 世紀 90 年代發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，其主要以分析化學(xué)和分析生物化學(xué)為基礎(chǔ)，以微機電加工技術(shù)為依托，以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，是當前微全分析系統(tǒng)乃至芯片實驗室發(fā)展的重點。在微流控系統(tǒng)中，微流體驅(qū)動技術(shù)是其中的一項關(guān)鍵技術(shù)，微流體驅(qū)動技術(shù)的好壞直接決定微流控系統(tǒng)的性能。盡管微流體驅(qū)動技術(shù)在過去的十余年得到了快速發(fā)

3、展，但微流體驅(qū)動系統(tǒng)集成化和微流體驅(qū)動系統(tǒng)可靠性的提高仍然是微全分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。交流電滲(AC electroosmosis, ACEO)是近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它以驅(qū)動電壓低、芯片制作過程簡單、容易與系統(tǒng)集成等優(yōu)點而倍受學(xué)者青睞。目前國外對該技術(shù)研究還處于不斷探索和完善階段，而在國內(nèi)關(guān)于該技術(shù)的研究成果報道甚少，因此展開對 ACEO 驅(qū)動微流體技術(shù)的研究具有重要的意義。 本文從電滲驅(qū)動理論的基礎(chǔ)出發(fā)，對直流電滲(DC ele

4、ctroosmosis, DCEO)和 ACEO 的驅(qū)動原理及雙電層的產(chǎn)生的機理進行了詳細的理論分析，揭示了其共同點和主要特征。經(jīng)過設(shè)計毛細管 DCEO 微泵并進行實驗，研究了DCEO 流速與驅(qū)動電壓、微通道結(jié)構(gòu)的關(guān)系。針對 ACEO 中雙電層的產(chǎn)生是由于電極極化產(chǎn)生的特征，從理論上推導(dǎo)了 ACEO 的流速公式。 在研究非對稱電極 ACEO 中，根據(jù)非對稱電極 ACEO 驅(qū)動微流體實驗現(xiàn)象，建立了非對稱電極 ACEO 微流體驅(qū)動的物理模

5、型。分析了非對稱電極ACEO 電場和流場特性及相互關(guān)系，研究了其邊界條件的建立過程。對非對稱電極 ACEO 驅(qū)動微流體流場進行了仿真，通過仿真與實驗結(jié)果的對比分析，驗證了理論研究的正確性。 開展了行波電滲(Traveling wave electroosmosis，TWEO)驅(qū)動微流體的理論和實驗研究。提出了一種新穎的用對稱電極設(shè)計非對稱電極 ACEO 驅(qū)動微流體芯片的方法，設(shè)計了驅(qū)動電路。闡述了粒子圖像測速法在非對稱電極ACEO 和