组织液透皮抽取式微创血糖检测仪的研究

低频超声和真空负压透皮抽取出的组织液体积小且在皮肤表面呈散点状分布,使得对微量组织液进行收集、定量、输送和浓度检测存在很大困难.针对这一问题,基于组织液透皮抽取式微流控芯片和微机械葡萄糖浓度传感器,研制了一套组织液透皮抽取式微创血糖检测仪.设计了该微创血糖仪各部分功能器件及其接口电路,完成了该仪器系统硬件设计和软件设计,并通过搭建的离体猪皮模拟组织液透皮抽取实验系统,验证了组织液透皮抽取式微创血糖检测仪的性能和测量结果的准确性.     

基于微流控和酶比色的微创血糖连续检测仪

连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器,该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液,利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积,并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度,利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面,为了便于收集,利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释,稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3～50mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖,实验选取了1～50mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量,根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型,结果表明该酶比色检测方法在1～50mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度,测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制,为糖尿病的诊断提供依据,在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。     

基于AIBN材料的微流体驱动用微型正压源

针对本课题组早些时候研制的用于微量组织液透皮抽取的微流控芯片,研究了一种基于偶氮双异丁腈(azobi-sisobutyronitrile,AIBN)热分解产生气体的微型正压源,用于为微流控芯片中微量组织液的收集和输运提供驱动力。将AIBN固定到微型加热器上,微型加热器加热AIBN至70℃即可产生一定的正压力。实验结果表明,设计的微型正压源压力可控、易于制造、体积小,8.7mg的AIBN在900mA加热电流下可产生182kPa的压力,满足对微流控芯片中组织液透皮抽取所需的驱动力。     

一种细胞分选芯片的设计、制作和实验

基于尺寸差异原理设计制作了一种-PDMS键合的细胞分选芯片。采用MEMS加工工艺,分别制作出特征尺寸都是20μm的3种不同形状分选孔阵列的硅基片和PDMS盖片,使用电晕放电仪实现硅－PDMS键合。用聚苯乙烯微球和MG-63人骨肉瘤细胞进行实验,微球实验说明了不同形状分选孔阵列的分选结果特征,细胞实验实现了不同大小MG－63细胞的分选,为最终实现不同种细胞分选打下了基础。     

面向微流控封装应用的PDMS表面无裂纹改性

基于PDMS的微流控系统的键合封装技术需要PDMS表面具有良好的粘合力和亲水性,作为PDMS表面改性技术,等离子体处理工艺(Plasma)具有高效、快捷、操作简单等特点,但它存在"回复"和裂纹问题。文中介绍了一种结合Plasma和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的二次处理工艺。先利用Plasma技术对PDMS表面进行无裂纹亲水处理,再利用十二烷基硫酸钠溶液对其表面进行二次处理。既可以避免PDMS表面出现裂纹,又可以使PDMS表面亲水性长久的保持。通过实验验证,两次处理后接触角减小为21°,表面粗糙度达到1.71 nm,且表面无裂纹,并经过键合测试后,经过二次处理的PDMS与玻璃和PDMS实现了长久的键合,验证了该工艺技术可行,为微流控系统的键合封装提供了技术基础。     

温度可控全透明PDMS微通道阵列芯片的设计

本文设计制作温度可控全透明PDMS微通道阵列芯片。采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃,分别加工微通道阵列及加热器并利用真空氧等离子实现芯片的键合。芯片的温度控制部分采用单片机AT89C51为核心,通过对PID温度控制算法进行修正,芯片的温度控制精度可达到±0.2℃。该芯片可用于DNA分析或细胞培养。     

GGBP蛋白修饰的表面等离子共振微创血糖检测仪

根据基于微流控芯片的组织液透皮抽取系统设计了一种小型化微创人体血糖检测仪器.该仪器基于微创的方法,利用真空负压抽取人体组织液,并采用表面等离子共振(SPR)技术,通过检测皮肤真皮层组织液中的葡萄糖浓度来预测血液中的葡萄糖浓度.通过绑定对葡萄糖具有特异性吸附的D-半乳糖/D-葡萄糖结合蛋白(D-GGBP),对SPR传感器表面进行预处理,实现对葡萄糖分子的特异性吸附.实验配制了不同浓度的葡萄糖溶液,检测并得出葡萄糖溶液浓度与折射率的关系曲线.应用课题组设计的微创血糖检测仪,实验测量了葡萄糖溶液浓度与组织液浓度,并与血糖仪测量得到的葡萄糖溶液浓度进行了比较.结果表明,使用GGBP修饰过的表面等离子共振传感器测量葡萄糖水溶液浓度的下限为0.625 mg/dL,当葡萄糖水溶液浓度在0.625～5 mg/dL时有较好的线性.通过测试实验验证了该仪器的可行性,显示了结合GGBP蛋白的SPR测量技术在微创血糖检测领域有良好应用前景.     

压电喷墨腔室键合工艺的研究

描述了一种结合光刻和热键合工艺制作压电喷墨腔室的工艺方法,并对喷墨腔室的键合质量进行研究.首先在Si基底上制作完全交联的SU-8开放腔室,然后在PDMS基底上采用邻近式紫外曝光得到带有锥形喷孔的喷孔板,最后将喷孔板与开放腔室热键合得到一体化的喷墨腔室.通过控制曝光量来得到不同交联程度的喷孔板,测量不同交联程度下喷墨腔室的键合强度;通过优化氧等离子体处理工艺参数,提高了喷墨腔室的键合强度;此外,优化了热键合温度和键合时间,获得最小的腔室变形量.     

一种微流控检测芯片的设计与工艺研究

设计并制作了一种PMMA材料的微流控检测芯片,利用外界气体驱动液体,用于实验样品的分析和检测.芯片的整体尺寸为86 mm×60 mm×4.5 mm,利用精密加工的方法进行加工.采用一种简单实用的溶胶.凝胶改性方法对微通道管路进行亲水处理,实验证明亲水性有明显提高.并分析了亲水性提高的机理.提出一种新的溶剂键合方法,在室温下对芯片进行键合.溶剂为二氯乙烷和无水乙醇按1:1混合的混合液.分析了不同溶液配比、键合时间和键合压力对键合效果的影响.同时,芯片上集成了多个阀,对阀膜材料的选择、粘接工艺进行了研究.     

PDMS基体等离子法键合工艺及效果分析

为探究聚二甲基硅氧烷(PDMS)基体在等离子法下以不同工艺参数处理及处理后在不同键合时间,键合加载压力下的PDMS-PDMS键合效果,设计进行了3因素4水平正交试验及对比试验。试验结果表明:因素影响从主到次的顺序为空气流量、改性时间、射频功率,得到快速不可逆键合(键合5 min)工艺参数:400 W,2.5 L/min,2 min;中、高射频功率(300 W以上)键合10 h键合效果达到实验要求,低射频功率(200 W以下)键合超过24 h仍未达到试验要求;当键合加载压力超过0.4 MPa时,键合效果显著提升。