基于光學(xué)檢測(cè)的電泳微芯片關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電泳微芯片技術(shù)作為微流控芯片中重要的組成部分之一，在近二十年來的發(fā)展過程中，經(jīng)歷了材料選取、工藝實(shí)現(xiàn)、功能完善以及分析儀器系統(tǒng)的集成化、微型化和便攜化等幾個(gè)發(fā)展階段。本文基于毛細(xì)管電滲流基本理論，以光學(xué)探測(cè)方法，針對(duì)電泳微芯片現(xiàn)有技術(shù)中存在的芯片制作工藝復(fù)雜、注液清洗過程繁復(fù)以及光學(xué)測(cè)試方法中微米量級(jí)光程影響檢測(cè)靈敏度等問題進(jìn)行研究。
　　電滲性能作為衡量電泳微芯片性能的指標(biāo)之一，其大小直接影響分離情況和分析結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。

2、以電場(chǎng)中稀溶液流動(dòng)的Navier-Stokes方程為基礎(chǔ)，借鑒低雷諾數(shù)流理論忽略斯托克斯方程中的慣性力項(xiàng)，建立電滲驅(qū)動(dòng)方程模型。利用有限差分法和多步打靶法分別求解PMMA基材電泳微溝道內(nèi)電滲流形、電場(chǎng)和微流體流速的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明PMMA基電泳芯片電滲流形為扁平塞狀流，流體流速與電場(chǎng)強(qiáng)度保持線性關(guān)系，μeo=2.310×cm2/Vs。設(shè)-4計(jì)電流監(jiān)測(cè)法電滲流測(cè)速實(shí)驗(yàn)，以硼砂為緩沖溶液，PMMA基電泳微芯片測(cè)試的電滲遷移率為μeo=3.

3、0210×cm2/Vs。利用XPS譜進(jìn)行加工表面成分和價(jià)態(tài)分-4析，表明銑削方式加工制作的PMMA電泳微芯片微溝道表面存在不飽和價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致定域電荷面密度較大，而造成電滲強(qiáng)度較大。
　　以毛細(xì)管電滲理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行電泳微芯片設(shè)計(jì)、制作以及實(shí)驗(yàn)過程研究。以 CFDRC軟件進(jìn)行微溝道構(gòu)型、幾何尺寸以及電場(chǎng)施加策略等優(yōu)化設(shè)計(jì)，將微溝道設(shè)計(jì)為寬度大于50μm，可施加場(chǎng)強(qiáng)200V/cm~250V/cm。
　　針對(duì)PDMS和PMMA材

4、料分別進(jìn)行芯片加工實(shí)現(xiàn)，提出二次模板法加工PDMS微器件以及氨水浸泡法實(shí)現(xiàn)PDMS芯片不可逆鍵合法，解決了PDMS芯片加工過程中的脫模問題和鍵合問題；
　　采用超精密數(shù)控銑削加工模式進(jìn)行PMMA電泳微芯片加工，實(shí)現(xiàn)加工即成形目的。設(shè)計(jì)加工PMMA基壓電驅(qū)動(dòng)平面無閥微泵，最大流量可達(dá)350μl/min，在1min內(nèi)完成溝道清洗次數(shù)最高可達(dá)487次，可完成電泳微芯片微溝道內(nèi)溶液的灌注、清洗以及進(jìn)樣功能。PMMA微泵設(shè)計(jì)工藝與制作電泳微

5、芯片工藝兼容，一體化的設(shè)計(jì)加工模式提高了芯片的可使用性。
　　搭建了以TW30SX光敏二極管為光電轉(zhuǎn)換器件的紫外-可見吸收檢測(cè)系統(tǒng)，可檢測(cè)10-11A數(shù)量級(jí)的光電流；總延遲時(shí)間在150~250ms之間；輸出噪聲±5mV?？傊亓?kg左右，體積為280×200×150mm3。以該系統(tǒng)測(cè)試單層PMMA芯片對(duì)紫外光源的吸收率為0.035，鍵合后芯片對(duì)光強(qiáng)的衰減為16.87％。
　　同時(shí)針對(duì)無機(jī)陰離子（Cl-和SO42-）的電泳實(shí)驗(yàn)

6、，以間接紫外吸收檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)背景緩沖溶液為10mmol/L Na2CrO4+0.5mmol/LCTAB的混合液，其電滲性能測(cè)試結(jié)果表明在此濃度溶液組合下，電滲流方向成功實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，反向電滲遷移率為μeo=9.1510×cm2/Vs，可滿足無機(jī)陰離子毛細(xì)管電泳實(shí)驗(yàn)測(cè)試需求。
　　最后利用電遷移進(jìn)樣方式在單一微溝道布局芯片上，實(shí)現(xiàn)無機(jī)陰離子Cl-和SO42-電泳間接紫外吸收檢測(cè)，單峰重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果效果良好，雙峰可初步實(shí)現(xiàn)基線分離，檢測(cè)