集成毛细管电泳芯片的设计

利用ANSYS软件对集成毛细管电泳芯片微沟道内样品流动情况进行模拟,获得了不同进样模式下微沟道的结构与流体流速之间的关系,并以此为依据对芯片整体结构参数进行设计:毛细管沟道最终尺寸为宽度16μm,深度10μm,有效分离长度为3.5cm的圆角转弯形沟道,从而确定整个芯片设计。     

光纤型微流控电泳芯片的研制

介绍了一种光纤型微流控电泳芯片,该芯片主要由两部分组成:多模光纤,PDMS基片和盖片.利用二次曝光技术制作出芯片的模具;通过浇注的方法制成电泳芯片;实现了在PDMS上制作深度不同的微流控沟道和光纤沟道,使光纤与微流控沟道能够方便地对准;利用异硫氰酸酯荧光素考察了系统的性能,最小检测浓度达到1.3×10-7mol/L,信噪比S/N=5.     

新型半填充微气相色谱柱芯片研究

基于微机电系统(MEMS)技术设计制造了新型半填充微气相色谱柱(μGCC)芯片,芯片的微沟道内设计有排列整齐的椭圆微柱阵列。与现有半填充μGCC相比,新型μGCC的微沟道具有更大的表面积和更均匀的流速场分布,对芯片分离度和柱效的提高起着至关重要的作用。设计的芯片成功分离了重烃类混合气体组分和苯系物,理论塔板数最高可达到9 246 plates/m。     

用于血样前处理的BioMEMS微流控芯片

基于BioMEMS技术,研制成三种血液样品前处理微流控芯片,分别介绍了血样前处理微流控芯片的原理、结构、制备技术以及样品前处理效果.基于错流过滤原理,设计了用于血细胞分离的错流过滤微结构,采用深刻蚀技术在硅片上刻蚀出直径为20μm,高度为50 μm的圆柱阵列;基于化学法破裂细胞,设计了用于血细胞破裂的夹流式微沟道,采用湿法腐蚀技术在硅片上腐蚀出深度约为80μm的微沟道;基于固相萃取原理,设计了用于DNA提纯的介孔固相载体,采用电化学阳极腐蚀技术在硅微沟道内表面制得表面积为300m2/g的介孔层.分别在芯片上实现了血细胞的分离、血细胞的破裂以及DNA的提纯.     

低电压芯片电泳过程中流场的模拟计算和分析

本文基于一种阵列电极的低工作电压电泳芯片分离模型,在其中微管道的电场模拟的基础上,结合微流体动力学特性,以分离管道侧壁排布电极并等间距施加电压,建立电泳芯片低工作电压分离过程的流场模型,利用CoventorWare软件分析单组分和双组分试样在微分离管道中流场的模拟,发现组分在常规电压和低工作电压两种分离模式下,其迁移速度近似相等;对于双组分,分离电压可大大降低同时,还可保证原来的分离度,低电压电泳过程中,工作电压可降低至30 V.证实了阵列电极和运动梯度场实现低电压电泳的可行性和有效性.     

集成微流体测控芯片的研制

设计、研制了集成有微泵、微沟道、微流量传感器、温度传感器的微流体测控芯片.采用有限元软件ANSYS模拟分析了将其作为冷却芯片时微沟道的散热作用,分析确定了芯片上各元件的结构.该集成芯片为硅-玻璃结构,在硅片上,利用ICP法刻蚀无阀微泵泵体和微沟道;在7740玻璃片上,以溅射、剥离法制作微流量和温度传感器;图形精确对准后硅/玻璃以静电键合方法封接.无阀微泵采用压电元件驱动.测试结果表明:集成芯片具有冷却功能,循环水的流速最大可达25.4mm/s.     

含阵列电极的硅基电泳芯片微管道性能的表征和分析

以含阵列电极的SOI硅基芯片与PDMS盖片制成的复合电泳芯片为对象,研究芯片电泳过程中芯片微管道的特殊表面电化学性质.实验采用电流监测法,利用溶液探针测试体系来表征微管道的电绝缘性,由于工艺缺陷或芯片长时间使用引起的绝缘层不同程度的损坏,导致在充液管道中产生的10-500μA的基底电流,这又导致不同程度焦耳热,进而导致电渗流无法稳定和芯片电泳过程无法正常进行.实验提出通过优化硅-PDMS电泳芯片的结构设计来避免和减小基体电流,同时采用以导热硅酯为介质的散热器对硅片试验体系进行散热,进一步减小焦耳热的影响以获得稳定的电渗流.在此基础之上,实验测得硅-PDMS微管道中的电渗迁移率为3.9×10-4 cm2/V·s,伏安曲线显示5 mmol硼砂缓冲中最大施加电压为260 V/cm;采用本文提出的复合芯片系统,分离FITC标记的精氨酸和苯丙氨酸混合样品,分离度达到3.14,柱效分别达到18 000和25 000.     

基于微环形阵列电极的细胞分离富集芯片的设计与实验研究

根据介电泳操作原理,设计了微环形阵列电极结构,建立了细胞分离富集芯片模型,采用COMSOL软件分析微环形阵列电极的电场分布和介电泳力方向并确定了最大和最小电场强度的位置,利用ITO玻璃和PDMS制备了细胞分离富集芯片.通过酵母菌细胞的介电泳富集实验和酵母菌细胞与聚苯乙烯小球的分离富集实验,明确了酵母菌细胞的临界频率,实现了酵母菌细胞和聚苯乙烯小球的分离富集.结果显示,在溶液电导率为60μs/cm,交流信号电压为8Vp-p时,酵母菌细胞在1kHz~45kHz频率范围内做负介电泳运动并富集在环形内部,45kHz为酵母菌细胞的临界频率,在45kHz~10MHz频率范围内做正介电泳运动并富集在环形边缘;1.5MHz时聚苯乙烯小球做负介电泳运动并富集在环形内部,富集倍数达到11.66.     

电泳芯片跑道效应CFD软件仿真与优化设计

介绍了CFDRC软件的特点,利用该仿真软件以数值模拟的方式,对于弯沟道电泳芯片的跑道效应进行仿真,给出优化设计模型,分析导致电场集中的原因,探讨解决方式,研究结果为电泳芯片的实用化奠定了基础.     

介电泳芯片的研制及不同细胞介电分离的应用

制备了包括指状交叉、城墙状和梯形的微电极阵列芯片装置.并用这些芯片探索了生物细胞的介电响应.另外观察了酵母和鸡血红细胞的迁移、旋转和融合以及几种细胞收集图片.发现了两种细胞的正、负介电泳现象,确定了这两种细胞的分离条件.讨论了两种细胞正、负介电泳的原因.利用同一芯片在相同的条件下一种细胞移向强场区(正介电泳),另一种细胞移向弱场区(负介电泳).因此可用同一芯片分离不同的细胞.有望建立一种非接触式细胞分离技术,而且在分离过程中不需要添加任何试剂.