微全分析系统中的介电泳技术发展

近年来,在微全分析系统成为环境监测、生物、医学、药学等学者孜孜以求的目标的背景下,由电泳技术发展起来的介电泳技术作为微全分析系统的组成部分,成为微粒分离、捕捉和操纵的热门技术之一,吸引着学者们的关注.通过介绍介电泳技术的研究内容、发展现状和应用,旨在剖析介电泳芯片的发展趋势.     

缓冲液成分对介电泳力的影响

在介电泳研究中,缓冲液对微粒运动情况的影响是不可忽略的,而目前关于缓冲液的研究关注则较少.文章旨在研究缓冲液中的大分子与离子对介电泳操纵的贡献.通过观察酵母菌在不同成分、不同配比的缓冲液中的运动情况,说明了缓冲液中大分子成分的增加可以降低溶液电导率而在同样电导率的溶液中对微粒的介电泳操纵影响不大,而离子的增多会增大溶液电导率,而在同样的电导率下会增加介电泳对微粒操纵的困难程度.     

集成阻抗识别的介电泳芯片设计及其关键工艺

以微粒的阻抗识别为目的,设计出一种三维网格阵列微电极传感器.传感器将介电泳分离与阻抗识别集成在同一芯片上.首先通过介电泳将微粒中的一种分离至测试区域,再通过阻抗信号描述微粒特性.针对芯片关键区域,提出了调节SU8曝光时间以提高阻抗测试有效信号的工艺解决方案.实验表明,SU8最佳曝光时间为70 s.对芯片性能的相关实验表明,芯片可对不同直径的乳胶微粒进行介电泳分离与阻抗识别.     

可筛选乳胶微粒的介电泳陷阱和微马达: 从分立单元到片上实验室

提出了可分析、筛选乳胶微粒的介电泳陷阱与微马达,并以此为核心单元讨论了片上实验室的组建。设计了可集中样本预处理、分离筛选与微马达驱动等多个功能于一体的微分析芯片,并优化了各分立单元的作用效果。用新的螺旋-叉指和螺旋-城堡电极代替传统的螺旋状或者叉指、城堡状电极,可以不必借助电渗流的作用分开大小不同的乳胶微粒,分离效率达90%以上。当激励信号为驻波时,样本分离电压比普遍使用的行波信号降低50%。对于起介电泳筛选作用的城堡状电极进行了侧向和轴向的非均匀化处理,提高了对微粒尺寸的敏感性,可以将70%的小微粒从混合液中分离。有限元分析和实验结果表明,与参考文献中提到的芯片结构相比,电极的新排布方式增加了轴向场强梯度,分离电压比传统方法降低了80%。另外,微马达和探测电极的集成,为旋转性质的测电学量提供了便利。     

基于NEMS技术的介电泳芯片及其关键工艺问题的研究

结合信息技术、生物技术与纳米技术的发展,提出一种基于NEMS技术的“三维纳隙网格阵列微电极生物传感器“设计,用于生物样品在蛋白或细胞水平上的介电泳分离和检测.重点针对传感器制作的关键工艺问题,创新性地提出了一种利用反应离子刻蚀侧向钻蚀效应实现纳隙薄金属悬臂梁结构的理论和方法,此方法对电容式生物传感器的制作有普遍的实践意义.     

电阻热效应对力式微固态测风传感器测量精度的影响

本文就电阻热效应对基于风的拖动力原理的微型固态测风传感器测量精度的影响进行了研究.微型固态测风传感器通过溅射在悬梁上的铂电阻测量悬梁弯曲应变来获得风速信息和简单的风向信息.风吹过铂电阻时,除了应变引起电阻阻值变化外,由于热传导、对流、辐射等热效应,其阻值也会随着风速的变化而变化.当热效应引起的电阻的变化趋势和应变引起的电阻变化趋势相反时,传感器的输出先减小后增大,风速测量产生较大误差.文中对两种铂电阻在悬梁上的放置连接方式的传感器进行了理论分析,通过对利用MEMS工艺制作的两种传感器的测试,证实理论分析与实验结果相符.     

基于MEMS技术的微型固态拖动力式测风传感器

为了获得风速风向的信息,制作了一种拖动力式微型固态测风传感器.它包括两个正交封装的单元,每个单元用来独立地测量风速,含有一个薄平板和两个用来连接平板和硅衬底的短悬梁.由于当风从不同角度吹过传感器时悬梁上的应变不同,因此通过测量单个单元悬梁上的应变值可获得风速值,同时通过正交组装两个测风速单元获得风向值.该传感器在ANSYS软件中进行了模拟,用流体力学进行了分析,并在小型风洞中进行了测试.结果表明在输入电源电压为0.5V时传感器最大灵敏度高达60μV/（m·s^-1）,风向测量的线性度小于6%.