毛细管电泳芯片的模拟设计与实验研究

利用ANSYS软件对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 ,对芯片整体结构参数进行设计 :毛细管微沟道最终尺寸为宽度 16 μm ,深度 10 μm ,有效分离长度为 3.5cm的圆角转弯形沟道。采用激光诱导荧光原理进行实验测试 ,建立测试系统 ,对两段不同长度的DNA片段实现了基线分离 ,研究结果为毛细管电泳芯片的进一步应用奠定了基础     

一种PMMA表面改性的热压键合方法研究

介绍了一种基于表面改性技术的PMMA热压键合新方法。PMMA表面首先用其单体MMA进行改性，然后在真空热压设备中热压键合。主要的键合参数如下：键合压力0．5MPa～2．5MPa，温度88℃～100℃，时间180s。通过拉力法测量了键合强度，其最大值可达到0．15MPa。实验结果表明，与常规的热压键合方法相比，该方法可有效地降低键合温度，减少键合时间，提高键合强度，从而可减少对PMMA基片上微细图形结构的破坏。使用聚合物的单体（MMA）对PMMA进行改性，可避免对微管道产生化学污染，有利于集成毛细管电泳的生化分析。利用品红和氢氧化钠混合溶液对键合后的微流体芯片进行密封性测试，结果表明，封装后的微流体芯片没有出现泄漏的情况。     

毛细管电泳芯片的模拟设计与实验研究

利用ANSYS软件对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,对芯片整体结构参数进行设计:毛细管微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.采用激光诱导荧光原理进行实验测试,建立测试系统,对两段不同长度的DNA片段实现了基线分离, 研究结果为毛细管电泳芯片的进一步应用奠定了基础.     

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。     

PMMA基连续流式PCR微流控芯片的CO2激光直写加工与应用

采用CO2激光直写烧蚀加工技术在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片表面加工微通道.分析了CO2激光输出功率和激光束移动速度对加工质量的影响.选用4.5 W输出功率和76.2 mm/s移动速度,在30 s内加工了水力直径为100μm的微通道.在进行微通道的大批量、快速加工时,CO2激光直写烧蚀加工技术具有较高的工艺稳定性,工艺流程简单,可随时根据实验需要时微通道结构进行调整和再加工.微通道的激光拉曼光谱与PMMA基片相同,保证了微通道和盖片对聚合酶链式反应(PCR)物化学影响的一致性.虽然微通道边缘存在少量重铸物,但不会影响热压键合效果.芯片能够满足PCR扩增中的压力与密封要求.使用这种芯片实现了180 bp拟南芥脱氧核糖核酸(DNA)片段的PCR扩增,扩增效果与使用常规PCR仪相当,验证了采用CO2激光直写烧蚀方法加工PMMA基连续流式PCR微流控芯片的可行性.     

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。     

毛细管电泳芯片的模拟设计与实验研究

利用ANSYS软件对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，对芯片整体结构参数进行设计；毛细管微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。采用激光诱导荧光原理进行实验测试，建立测试系统，对两段不同长度的DNA片段实现了基线分离，研究结果为毛细管电泳芯片的进一步应用奠定了基础。     

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。     

PMMA基PCR生物芯片及其准分子激光制备技术的几个关键问题

分析了微流控聚合梅链式反应(PCR)芯片循环的几何结构，对常规非闭环的穿透形式，确定了可行的温区排列结构;对于闭环式的空间分布形式，分析了几种结构的热效率。研究了准分子激光对聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)基片的刻蚀机制，获得了刻蚀曲线。对于PCR 芯片微流通道的加工，着重考虑了通道成形和表面粗糙度问题。其中，采用掩模形状控制法解决通道形状问题;采用激光抛光、近阈值能量、去应力退火等技术提高刻蚀通道的表面质量。在对PMMA基PCR芯片的键合问题研究中，采用了胶粘键合和热压键合两种方案，优选出热压键合的方案，制作了热压键合装置，获得了最佳键合参数，满足键合强度和通道成形要求。针对微流体连续流动的控制问题，研制了一台基于精密气泵结合气动控制的注射进样系统。利用制作的PCR 芯片和进样系统，成功地对170bp的DNA模板进行了扩增。     

微流控芯片通道的全息显微检测方法

针对微流控芯片通道和缺陷的检测要求,设计构建了一套基于预放大离轴光路的反射式像面数字全息显微实验系统。探讨了数字全息显微测量中横向尺寸在视场占比较大的低空间频率物体的相位畸变矫正方法,提出两步相位相减法更适用于该类型物体的相位畸变矫正。通过宽度为55 μm、高度为65 nm的台阶标准样板实验对两步相位相减法、一般多项式曲面拟合法和Zernike高阶多项式曲面拟合法在相位畸变矫正效果上进行对比分析,分析结果表明两步相位相减法矫正畸变后的台阶平均高度相对误差为1.1%,较其他方法的误差更小,畸变矫正效果更好。另外,实验以通道宽度为80 μm的微流控芯片为被测样件,实现了芯片通道以及通道表面断裂型和缺损型缺陷的三维形貌检测,并得到定量结果:断裂型缺陷的宽度为14.1 μm,深度为431.7 nm;缺损型缺陷的宽度为33.6 μm,深度为295.1 nm。实验结果表明:像面数字全息显微实验系统为微流控芯片通道及表面缺陷的快速无损测量提供了新的途径,对于微流控实验系统质量评价具有重要意义。