微流控生物芯片外部压强与流体流速的探讨

本文针对具有40个微通道的微流控生物芯片,设计了试剂进样装置,研究了几十个芯片的进样压强与芯片各微通道中流体流速之间的关系,目的是为了筛选出流速相对稳定的标准芯片,满足PCR基因扩增的需要。     

电子束光刻制造软刻蚀用母板的研究

使用通用电子束曝光机,采用一种新的电子束微三维加工的重复增量扫描方式进行曝光实验,显影后得到轮廓清晰的微三维结构,以此为制作弹性印章的母模板,经硅烷化后可用来制作弹性印章,得到弹性印章后便可再利用软刻蚀相关技术进行微图形的复制.曝光实验的结论表明采用电子束重复增量扫描方式可用来制作微三维弹性印章的母版.     

基于核酸检测的微流控芯片设计与传热分析

为了解决传统数字聚合酶链式反应(PCR)扩增过程中移液操作产生的问题以及升降温速率慢的弊端,设计了一种连续流数字PCR微流控芯片,能对包含PCR反应体系的微滴进行快速扩增,可以提升核酸检测过程中的扩增效率.用COMSOL对芯片微通道内部的温度分布和两相流体的共轭传热进行了数值模拟.结果 表明,芯片内部能产生95、55和...     

准分子激光微加工技术结合模塑技术加工微流控芯片

利用准分子激光微加工技术与模塑技术相结合的方法制造微流控芯片。用准分子激光在玻璃基胶层上刻蚀出加工质量较高的微流控生物芯片形貌,通过电铸技术对微流控芯片进行复制,得到反向金属模具。用金属模具通过注塑成型技术用聚碳酸酯注塑出微流控芯片。系统研究了准分子激光的能量密度和工作台移动速度对胶层微通道加工质量的影响;测量并分析了激光刻蚀加工出的微流控芯片原型、电铸的反向金属模板和注塑成型后的微流控芯片的轮廓精度和表面粗糙度,上表面尺度偏差不大于2μm,底面粗糙度小于20 nm。对注塑出的微流控芯片和激光直写刻蚀的几何结构相同的微流控芯片的流动性能进行比较测试。在流速较小时,用激光微加工技术与模塑技术相结合的方法加工的微通道比准分子激光直写法所加工的微通道流动性能更好。     

激光制备PMMA基PCR微流控芯片的热压键合研究

MEMS技术的发展,使得PCR微流控芯片的制备成为了现实。本文采用波长248nm的准分子激光作为一种新型的微加工方法,在19KV电压和18mm/min的激光优化加工参数下,在40mm×63mm的PMMA基片上制备出了20个循环的PCR微流控芯片。芯片上微通道的宽为104μm,深为56μm,长为1040mm,芯片加工耗时57分钟。随后采用自己搭建的热压装置,定量讨论了热压键合的温度、压力和时间对芯片键合质量的影响,得出了PMMA基微流控芯片热压键合的最佳参数:95℃,160N,20min。并在该条件下成功地将PMMA基的20个循环的PCR微流控芯片和相同尺寸的盖片键合在一起,键合后的芯片具有良好的密封性,能够承受的最大压强为0.85Mpa,能满足进行PCR反应的要求。     

电子束重复增量扫描曝光方式的反应机理研究

从高分子辐射化学的角度分析了电子束曝光的实际反应机理,推导得出曝光辐射剂量与辐射降解程度间的关系,提出了重复增量扫描方式的电子束微三维加工方法。通过在SDS-3型电子束曝光机上对正性抗蚀剂PMMA进行曝光实验,显影后得到轮廓清晰的三维结构,验证了该方法的可行性。     

电子束重复增量扫描生成三维结构的研究

针对三维曝光图形的结构特点,结合自行设计的图形发生器,提出了电子束重复增量扫描方式及曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算方法.根据计算得到的剂量关系,按照重复增量扫描方式,在SDS-3电子束曝光机上进行了曝光实验,显影后得到了轮廓清晰的梯锥和圆锥的三维结构.因此,重复增量扫描方式可以用于三维结构的加工,并且关于曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算可以为其提供符合实际曝光的参数.     

电子束重复增量扫描生成三维结构的研究

针对三维曝光图形的结构特点,结合自行设计的图形发生器,提出了电子束重复增量扫描方式及曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算方法.根据计算得到的剂量关系,按照重复增量扫描方式,在SDS-3电子束曝光机上进行了曝光实验,显影后得到了轮廓清晰的梯锥和圆锥的三维结构.因此,重复增量扫描方式可以用于三维结构的加工,并且关于曝光剂量与刻蚀深度关系和灵敏度的计算可以为其提供符合实际曝光的参数.     

PDMS微流控芯片中的微通道加工技术

传统加工方法制作PDMS微流控芯片中的微通道存在诸多限制,特别是难以实现复杂三维微通道的加工。首先介绍了微通道的传统加工方法,接着简要介绍了不同3D打印技术的基本原理,最后重点阐述了3D打印技术在PDMS微流控芯片微通道加工中的应用。未来,微流控芯片中微通道的加工将会向着高通量、低成本、高精度、三维化、集成化、微型化的方向发展。3D打印、以纳米压印为主要代表的微纳制造技术与传统微通道成型技术的不断融合,为研究人员提供了更多的思路,必将成为微通道加工中的重要技术手段,推动微流控芯片在生物医学、检验检疫、分析化学等领域更广泛的应用。     

微流控通道加工技术的研究进展

在微流控芯片中,微通道是进行微分析的重要保证,其成型质量直接影响芯片的分析性能。从加工机理、技术特点以及适用范围等方面对激光直写加工、光刻加工、热压印技术、微细铣削加工和3D打印等微流控通道主要加工方法进行了阐述,并总结了这几种加工技术的优缺点,这为实际生产提供了一定参考。最后,对微流控通道加工技术的发展进行了展望,未来微流控芯片将会向三维化、精密化以及微小化方向发展,芯片材料也趋于多样化,这些发展将不断推动微流控通道加工技术的发展。     

基于微流量的Android恶意应用下载链接检测技术研究

为解决快速检测识别Android应用下载链接的恶意性,提出了Android应用解析、文件还原方法。在此基础上,提出了基于微流量的Android恶意应用下载链接检测技术。     

疏肝固肾汤治疗男性更年期综合征的疗效观察

为提高微小流量检测的灵敏度,增大其动态范围,提出了一种基于Lamb波的压差式微流量测试方法.采用双Lamb波压力传感器分别测量微通道两端的压力,通过压力差、微通道的几何尺寸及流动特性计算出流量.结果表明,以Lamb波为探测媒介,采用薄膜内应力敏感方式和频率计量方法,提高了传感器灵敏度、动态范围和测量精度;采用双Lamb波压力传感器不仅克服了背压对传感器精度的影响,同时消除了温度变化对测量结果带来的误差.     

Endoscopic Visualization of Contact Line Dynamics during Pool Boiling on Capillary-Activated Copper Microchannels

Microchannel surfaces are common to microfluidics, biofluidics, thermal management, and energy applications. Due to processing limitations for the majority of metallic materials, the majority of hyperfine microchannels used in microfluidics and thermo-fluids are fabricated on non-metallic substrates, for example, silicon and polydimethylsiloxane. Here, a technique to fabricate ultrasmall microchannels on arbitrary metallic materials is developed using photolithography in combination with electrochemical deposition. The technique is used to prepare copper microchannels and to investigate the pool boiling heat transfer performance with a focus on the three-phase contact line dynamics. The hydrodynamics of nucleating bubbles during boiling are observed in situ using in-liquid endoscopy. The results show that the variation of critical heat flux enhancement has a linear relationship with the contact line increase ratio. The scalable microchannel surfaces exhibit superior heat transfer performance with a maximum heat transfer coefficient) enhancement of 930% with ultra-low wall superheat of 5  ° C. This work not only develops a scalable manufacturing method to develop ultra-small microchannels on metallic materials, it outlines design guidelines for structure optimization of pool boiling heat transfer for temperature sensitive applications, such as electronics thermal management.     

基于狄恩流的微混合器的研究

所设计的微混合器是一种基于狄恩流的被动式混合器,该混合器的结构特点是由多个不同半径的弯曲管道双螺旋而成,中部通过"S"形管道将输入管道和输出管道相连。首先分析了狄恩流形成的机理及特点,再通过流体计算软件CFD-ACE+三维模拟并分析了不同流速对二次流强弱以及混合程度的影响,最后利用微细加工技术制作微混合器,罗丹明B溶液与去离子水用作待混合液体,利用Image J软件获取混合图像的灰度值来分析混合器的性能。     

Study of flow and pressure field in microchannels with various cross-section areas

In this work a micro-flow sensor integrated in the bottom surface of a rectangular microchannel is used in order to evaluate simultaneously both the flow velocity and the pressure in various micro-flow conditions. In this way direct flow rate measurement is achieved while real-time monitoring of the corresponding flow and pressure values are obtained. The effect of the microchannel dimensions in the flow determination is also studied. An almost linear relation of ΔP/L with respect to Re was extracted, which indicates a laminar flow behavior. The friction factor, corresponding to the specific microchannel dimensions was calculated together with the f × Re value.     

微流体系统驱动技术的研究进展

微流体驱动大致可以分为两类:一类是从宏观流体驱动移植过来的驱动方式;另一类是根据微尺度下流体特性设计的驱动方式。对两类不同的驱动方式进行了介绍与比较,前者原理成熟,基本都符合经典流体理论,在亚微米以上级微流体流道尺寸中的应用较广;相比之下,后者设计原理新颖,常用于微米甚至纳米级的微流体系统中,具有更好的发展前景。     

采用KrF准分子激光制备聚合酶链式反应微流控芯片

采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或者玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大、自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法。通过对聚甲基丙烯酸甲酯准分子激光加工规律的研究,在19kV和18mm/min的优化加工参量下,在40mm×63mm的聚甲基丙烯酸甲酯基片上制备出了20个循环的聚合酶链式反应微流控芯片。芯片微通道横截面呈倒梯形,底面粗糙度小于0.5μm。微通道宽104μm,深56μm,长1040mm,加工耗时57min。该芯片和相同尺寸的盖片在160N和105℃条件下经过20min热压键合在一起,键合强度为0.85MPa。通过进样实验发现键合后的芯片具有良好的密封性。键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5℃和22.2℃,即该芯片可以实现聚合酶链式反应扩增。     

On-Chip Liquid Cooling With Integrated Pump Technology

In this paper, the capability of a novel cooling system for microchannels based on the principle of electrowetting is examined. To start with, the elcctrowetting effect in microchannels is experimentally investigated. The used electrowetting system consists of a liquid droplet deposited on a conductive Si substrate and electrically insulated from this substrate by a dielectric, layer. Microchannels of 100 mum times 100 mum are etched in the substrate. By applying an ac voltage signal between the droplet and the substrate, the microchannels can be periodically tilled and emptied with the liquid of the droplet. This oscillating liquid flow will be used to cool the chip. For the 100 mum times 100 mum microchannels a voltage of 51 V is required for the actuation. Further, based upon the results of the filling of the channels the cooling capacity of the proposed system is theoretically investigated. The theoretically achievable cooling rate of this enhanced system is compared to the heat transfer by conduction through a silicon substrate. A critical filing period is found; for shorter filling periods, the heat transfer will be improved by inserting microchannels, for higher filling periods the electrowetting deteriorates the cooling. It can be concluded that the proposed system is promising, especially when frequencies in the range of a few Hz can be achieved.     

一种微通道换热器的设计与分析(英文)

设计了一种用来测试微通道换热性能的实验装置。该系统由微通道换热器、模拟热源、微型水泵、连通管、测试三通及其它测试元件构成。通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热和摩阻参数。针对该实验装置,对微通道中流体的压降和传热分别进行分析和研究。实验表明,当微通道水力直径为381μm时,宏观理论公式已不适用于微通道摩阻及其换热的计算。此时,微通道的摩阻比宏观理论计算值小31.6%～41.9%;微通道结构具有良好的换热性能,其Nu可达9.2。     

移动X射线光刻制备等腰三角形结构的PMMA微通道

利用移动X射线光刻工艺,制备了六种不同深宽比的等腰三角形结构的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微通道。基于毛细管原理,将PMMA微通道与老鼠血液接触,对血液进行了微量采集。该PMMA微通道是中间带有凹槽结构的等腰三角形结构,凹槽结构的宽度为10μm、长度为6.7~39.4μm。将32个高度为35 mm的PMMA微通道的基板垂直插入老鼠血液样品中,通过实验测定了六种不同等腰三角形结构的PMMA微通道的接触角、表面张力及血液上升高度。结果表明,在一定范围内,PMMA微通道的深宽比越大,血液上升越容易,液体提取量也越多。对于通道横截面长度为39.4μm的微通道,样品血液在15 s时的上升高度可达到20.45 mm,达到最终30 s时上升高度的89.9%以上。