基于PDMS-PMMA材料的微流控芯片等离子体键合工艺研究

为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)盖片和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的复合式微流控芯片键合的稳定性,开展了微流控芯片等离子处理特性的时间因素的研究。利用红外光谱和扫描电镜对处理前后的PMMA进行表征,确定硅烷化等离子方法的可行性;同时对PDMS、PMMA和硅烷化PMMA不同等离子处理时间的接触角及接触角恢复情况进行测量,采用正交试验法得到了最大键合力所需的最佳等离子处理时间以及有效操作时域,研究结果为确定微流控芯片的等离子体键合工艺参数提供借鉴。     

PMMA微流控芯片高效键合工艺研究

利用有限元软件对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片键合过程进行仿真分析,而后以缩短键合时间为目的,针对键合温度、键合压力进行了相应的实验研究。结果表明,当键合温度低于聚合物材料的玻璃化转变温度时,芯片易产生未键合区域,当键合温度高于玻璃化转变温度时,微通道随温度的升高发生严重变形,最佳键合温度值应在材料玻璃化转变温度附近进行选取;键合温度105℃,键合压力1.0 MPa时,可在5 min的键合时间内得到微通道变形较小且完全键合的微流控芯片,满足模内键合的需求,大大缩短了芯片的制造周期。     

基于黏弹性模型的PMMA微流控芯片模内键合微通道变形研究

针对聚合物微流控芯片模内键合过程中微通道变形的问题,采用黏弹性材料模型对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片模内键合过程中具有梯形截面的微通道变形进行了仿真分析;研究了在105℃下,芯片微通道在不同键合压力和键合时间下微通道的变形。结果表明:微通道不能保持键合前的尺寸,温升对微通道变形影响很小;微通道顶部与两侧的黏合使得微通道顶部宽度和微通道高度变形远大于底部宽度变形,并随着键合压力的增大而增大;当键合时间超过50 s后,键合时间对微通道变形影响很小,可以采用较长的键合时间来保证键合强度而不影响微通道形貌。     

基于PMMA材料的微通道快速加工技术

近年来,基于聚合物的微加工制造技术已经成为微细加工领域的研究热点,已广泛应用于制备芯片实验室和微流控芯片。以热压技术为基础,研究利用加热电阻丝制备微流控芯片微通道的快速加工技术,并最终实现了基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的微通道快速加工,获得了电阻丝压印微通道的最优条件,在电流1. 8 A、时间5s、压力为44. 59 N条件下获得的微通道宽度变形率约为8. 5%,深度变形量约为8. 9%,可以在2 h左右制备完成PMMA微流控芯片。最后,利用该加工技术制作了十字型流动聚焦型微流控芯片,可稳定生成34～74 nL范围内的微液滴,实验结果显示利用本快速加工技术所获得的微通道圆润光滑、性能稳定、键合密封牢固。     

基于PMMA材料的微流控芯片批量注塑技术研究

微流控芯片可以操控微纳尺度上流体,借助尺度效应的帮助进行检测,具有检测过程迅速、检测准确、试剂消耗量小等特点,常应用于高效筛选、分析化学、食品安全、环境检测等领域。伴随微流控技术的发展,聚合物材料逐渐取代传统的玻璃、硅等材料成为微流控芯片的主流基体材料。面向聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质的微流控芯片,开展了设计、数值模拟仿真、注塑模具设计及微流控芯片注塑成型的全过程研究,对未来微流控芯片的大规模注塑制备具有一定借鉴意义,最后也对未来微流控芯片与注塑加工工艺相结合的发展趋势进行了展望。     

聚合物微流控芯片键合微通道变形仿真研究

微流控芯片在化学分析、临床诊断等领域的前景应用广阔,传统热压成型和键合方法自动化程度低、制作周期长,不能满足芯片高效大批量生产的要求;提出了在模具上压缩芯片的键合方法,并利用有限元软件仿真研究了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在不同键合温度和芯片压缩厚度下基片内微通道的变形.结果表明:基片上微通道不能保持键合前的截面尺寸和尺寸精度,通道截面面积变小,在通道高度方向上的变形要远远大于宽度方向上的变形;变形随着温度升高和压缩厚度增加而增大,由热膨胀引起的变形较小,压缩厚度对微通道质量影响要大于键合温度.     

PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究

以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为原料,通过注塑加工的方式制备微流控芯片,经过多次注塑实验得出影响PMMA微流控芯片成型质量的主要因素是：模具温度、保压压力、熔体温度和注射速度。在其他参数不变的情况下,通过正交实验和极差分析确定了PMMA微流控芯片注射成型的最佳工艺：熔体温度260 ℃,模具温度50 ℃,保压压力60 MPa,注射速度400 mm/s,在该工艺条件下制得的单流道测试装置B的开口宽度、槽底宽度、槽深分别为：591.90、381.26、408.47 μm,这些参数所对应的设计值分别为：400、400、400 μm;在共聚焦显微镜下观察到芯片表面较为洁净、微结构比较完整,最后使用该微流控芯片完成了液体混合实验和液滴生成实验,表明最佳注塑工艺加工出的微流控芯片能满足正常使用,对于未来微流控芯片的批量化生产有着重要意义。     

PCR微流控芯片的制备及其在凤丹皮DNA指纹图谱研究中的初步应用

采用商品化的毛细管柱直接制备了PCR微流控芯片,与常规方法比较该方法制备的芯片成本低廉价格便宜,可在普通实验室制作,将该方法制备的PCR微流控芯片和微流控-热电极系统联用,对凤丹皮的扩增产物进行了初步研究。     

从专利角度分析微流控芯片的键合技术

键合方式是微流控芯片制作中十分关键的一个步骤。借助CNABS数据库,对该领域所涉及到的主要分类号、年申请量和主要申请人进行了统计分析,并结合专利技术对键合方法进行了介绍。     

微流控芯片热压成型仿真研究

建立了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的黏弹性材料模型,利用有限元仿真软件Abaqus,以填充率为质量评价标准,对微流控芯片热压印的填充过程进行仿真。研究在等温条件(模具与芯片温度相同)下时间、温度和压力对微流控芯片沟槽填充效果的影响。仿真结果表明,压印温度和压印力对PMMA聚合物填充效果的影响较大,提高温度和压力都能达到加快聚合物填充速率和提高复制率的作用;时间参数的影响主要体现为增大PMMA的应力松弛现象,延长压印时间同样能达到提高复制率的作用。     

黏结剂辅助微流控芯片异种键合及可行性探究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、铝合金Al5052为研究对象,采用黏结剂与热压键合相结合的方法,分别进行了PMMA-PS、PMMA-Al5052异种键合正交实验。旨在探讨键合层厚度及表观形貌的变化规律,研究键合温度、压力和时间对异种键合强度的影响。结果表明：键合层厚度随温度和压力的增大而减小,而时间对键合层厚度无明显影响;聚酰亚胺(PI)辅助PMMA-PS和PMMA-Al5052的键合强度受时间影响最大,温度次之,压力最小;而溶解PMMA粉末的丙酮溶液[丙酮溶液(PMMA)]辅助PMMA-Al5052的键合强度受压力影响最大,温度次之,时间最小;同参数下PMMA-PS的键合强度远高于PMMA-Al5052。分别确立了异种键合的最优参数并得到了对应的键合强度：PI辅助PMMA-PS键合的最优参数为105℃,50 min,2.5 MPa,对应键合强度0.87 MPa;PI辅助PMMA-Al5052键合的最优参数为110℃,50 min,1.25 MPa,对应键合强度0.21 MPa;丙酮溶液(PMMA)辅助PMMA-Al5052键合的最优参数为110℃,2.5 MPa,2...     

聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备

本文报道了聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备方法。引入环辛二烯作为共聚单体,与双环戊二烯通过开环易位聚合制备得到弹性共聚物。当环戊二烯与环辛烯的质量比是1 : 1时,制得共聚物的力学性能接近于聚二甲基硅氧烷(PDMS),弹性共聚物具有较高的微尺寸结构成型精度。利用聚双环戊二烯半固化凝胶的反应特性,实现共聚物与聚双环戊二烯基底之间的稳定键合。共聚物微流控芯片可以通过类似于PDMS的连接方式,实现简单、高效的密封连接。利用共聚物微流控芯片制得单分散的微液滴,控制连续相的流速即可实现微液滴尺寸的调变。关键词：聚双环戊二烯共聚物；环辛烯；弹性体；微流控芯片；单分散液滴；中图分类号：TQ630 文献标识码： A 文章编号：1003-5214 (2020) 01-0000-00     

微流控芯片脱模缺陷分析及其脱模装置研究

为减小微流控芯片的脱模缺陷,设计了4种顶杆式脱模方案。采用有限元法模拟了4种脱模方案下微流控芯片的脱模过程。模拟结果显示,顶杆的数目和位置对微流控芯片的脱模应力具有重要影响,采用第1种脱模方案时,微流控芯片的最大脱模应力达到123 MPa,超过了微流控芯片所用聚甲基丙烯酸甲酯的强度极限110 MPa,微流控芯片在脱模后发生断裂;其它3种脱模方案下微流控芯片均能顺利脱出,且脱模应力均小于强度极限。为了克服顶杆脱模方式下芯片易出现表面质量差的缺陷,设计了一种新型的气动脱模装置,并通过有限元法模拟了微流控芯片在此装置下脱模应力的分布,证实了该装置的有效性及优越性。     

光固化微流控芯片的表面亲水性能

微流控芯片表面的亲水性对生物诊断具有重要的影响,利用紫外光固化料,在注射成型技术的基础上,制作了微流控芯片,以接触角为衡量指标,研究了紫外光固化单体含量、单体种类、树脂种类、紫外光辐照强度和照射时间对制品表面亲水性的影响,结果表明,光固化微注射工艺条件对芯片接触角的影响并不明显,增加光照强度和光照时间,芯片接触角变化并不明显,均在0°~5°之内,而混合单体和树脂成型制品的接触角较小,增加树脂和单体种类,及适当添加助剂有利于改善亲水性,即紫外光固化材料的组成是影响芯片亲水性的主要因素,且适量的助剂可以有效改善芯片接触角,最佳接触角为17°。     

微流控芯片技术的现状与发展

简要叙述微流控芯片的定义及应用,介绍几种制作微流控芯片的方法,分析微流控芯片成型中的关键技术,如:压力、温度、时间等.综合国内外发展,结合当前微流控芯片的现状,提出微流控芯片在一些方面的尝试和探讨.     

微流控芯片注射成型流动平衡数值模拟分析

针对微流控芯片模内键合的动作要求,设计了浇注系统,并进行了微流控芯片流动平衡的充填仿真研究,对模具的浇注系统的尺寸进行了优化,研究结果表明:盖片的浇口尺寸对流动平衡的影响非常小,基片分流道高度对流动平衡影响较显著。随着基片分流道高度的减小,基片与盖片的充填时间越来越接近,当基片分流道高度降至1.5mm时,基片与盖片的充填时间只相差0.003 1 s,流动不平衡率仅有2.5%。     

微流体数字化技术在生物化学中的应用

在使用微流控芯片的背景下,对自然界切换系统的研究及单个生物实体的研究代表了数字生物化学的重要内容。综述了以微流控芯片为特征的数字生物化学在以上2个领域的进展。提出微流控芯片技术促进了对切换系统的分析,且切换系统可提供"模数"信号转换的新手段,使其应用于微流控检测系统上;微流控分配技术可以分配和研究单个生物实体,对于细胞内生物过程的重建和研究很有意义,还可以进行单个生物实体之间相互作用的研究,考察分子群、细胞或生物体的内在异质性;该系统因更容易产生切换,故增强了对细胞和生物分子的灵敏度,且因"数字化"是通过定性的测定来提供定量信息,故其在耐用性、实验设计的灵活性和简便性方面比传统方法更具优势。该微流体数字化技术未来会被应用于更多新的生物化学测定中。     

聚合物微流控芯片微通道复制成型技术

阐述了复制成型技术在实现微流控芯片批量化生产过程中的重要意义。分析了微流控芯片对材料的要求,介绍了常用于制作微流控芯片的聚合物材料及其模塑性能。比较了目前常用的加工复制成型模具凸模微结构的加工方法。综述了热压成型、注射成型以及浇铸成型在微流控芯片微通道成型中的应用,并对其进行了比较分析,展望了未来微流控芯片复制成型技术的发展趋势。     

微流控芯片超声振动注射成型模具设计

针对目前微流控芯片注射成型中微通道充填困难、成型精度低等问题,研究超声振动辅助注射成型微流控芯片的方法,设计出微流控芯片超声振动模具。创新性地引入热流道系统,实现了超声振动系统与注射成型模具的有效集成;独特的流道和型腔布置实现了芯片的基片和盖片同模同时成型;改进的二次顶出机构实现了芯片的无损脱模。     

微流控合成与制备含能材料新进展

<正>微流控（Microfluidics）是指在数十到数百微米的微尺度上操作和控制流体的科学和技术。与微流控概念密切相关的还有微反应器、流动化学、微化工等。这些领域研究的侧重点有所不同，但共性都是基于化学芯片、微通道、微结构等形成的微尺度流体开展工作。南京理工大学“微纳含能器件工业和信息化部重点实验室”的朱朋、沈瑞琪课题组，近期发展了多种微流控形式，构建了具有在线检测、快速筛选与小批量制备等功能的高通量微流控系统，用于合成与制备高品质含能材料。