基于光學檢測的電泳微芯片關鍵技術研究.pdf

1、電泳微芯片技術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發(fā)展階段。本文基于毛細管電滲流基本理論，以光學探測方法，針對電泳微芯片現(xiàn)有技術中存在的芯片制作工藝復雜、注液清洗過程繁復以及光學測試方法中微米量級光程影響檢測靈敏度等問題進行研究。
　　電滲性能作為衡量電泳微芯片性能的指標之一，其大小直接影響分離情況和分析結果的精密度和準確度。

2、以電場中稀溶液流動的Navier-Stokes方程為基礎，借鑒低雷諾數(shù)流理論忽略斯托克斯方程中的慣性力項，建立電滲驅動方程模型。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、電場和微流體流速的關系。計算結果表明PMMA基電泳芯片電滲流形為扁平塞狀流，流體流速與電場強度保持線性關系，μeo=2.310×cm2/Vs。設-4計電流監(jiān)測法電滲流測速實驗，以硼砂為緩沖溶液，PMMA基電泳微芯片測試的電滲遷移率為μeo=3.

3、0210×cm2/Vs。利用XPS譜進行加工表面成分和價態(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鍵結構，導致定域電荷面密度較大，而造成電滲強度較大。
　　以毛細管電滲理論為基礎，進行電泳微芯片設計、制作以及實驗過程研究。以 CFDRC軟件進行微溝道構型、幾何尺寸以及電場施加策略等優(yōu)化設計，將微溝道設計為寬度大于50μm，可施加場強200V/cm~250V/cm。
　　針對PDMS和PMMA材

4、料分別進行芯片加工實現(xiàn)，提出二次模板法加工PDMS微器件以及氨水浸泡法實現(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)控銑削加工模式進行PMMA電泳微芯片加工，實現(xiàn)加工即成形目的。設計加工PMMA基壓電驅動平面無閥微泵，最大流量可達350μl/min，在1min內(nèi)完成溝道清洗次數(shù)最高可達487次，可完成電泳微芯片微溝道內(nèi)溶液的灌注、清洗以及進樣功能。PMMA微泵設計工藝與制作電泳微

5、芯片工藝兼容，一體化的設計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換器件的紫外-可見吸收檢測系統(tǒng)，可檢測10-11A數(shù)量級的光電流；總延遲時間在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)測試單層PMMA芯片對紫外光源的吸收率為0.035，鍵合后芯片對光強的衰減為16.87％。
　　同時針對無機陰離子（Cl-和SO42-）的電泳實驗

6、，以間接紫外吸收檢測方式，設計背景緩沖溶液為10mmol/L Na2CrO4+0.5mmol/LCTAB的混合液，其電滲性能測試結果表明在此濃度溶液組合下，電滲流方向成功實現(xiàn)反轉，反向電滲遷移率為μeo=9.1510×cm2/Vs，可滿足無機陰離子毛細管電泳實驗測試需求。
　　最后利用電遷移進樣方式在單一微溝道布局芯片上，實現(xiàn)無機陰離子Cl-和SO42-電泳間接紫外吸收檢測，單峰重復性實驗結果效果良好，雙峰可初步實現(xiàn)基線分離，檢測