基于直列式交错微电极阵列的细胞电融合

提出了一种基于交错式齿状微电极阵列的微流控细胞电融合芯片。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,对电场强度有重要影响的微电极几何参数进行了仿真分析,并由此提出了优化的微电极阵列结构。选择SoI硅片的顶层低阻硅加工获得了微电极阵列。实验结果表明:该芯片中采用的直列式微通道结构避免了原有芯片存在的转角易堵塞问题。芯片能够在低电压条件下实现细胞排队和融合过程,具有较高的融合效率。     

全金属微电极阵列细胞电融合芯片的研制

研制了以硅为基底、金属铜(Cu)材料作为微电极的细胞电融合芯片.在500 μm厚的硅基底上应用离子刻蚀技术,刻蚀出与所需得到的微电极相同形状的槽,然后高温下使硅片表层形成二氧化硅绝缘层,在刻蚀槽的底部形成种子层(Ta/Cu材料),通过电镀在槽中形成金属微电极,应用湿法刻蚀去除表层硅,得到纯金属微电极.铜金属微电极其导电率高,减小了电压衰减,使细胞电融合芯片中电场分布一致性好.该方法利用刻蚀的硅模具和电镀工艺解决了lift-off制造的金属微电极较薄的难题,分别采用热氧化和等离子增强化学气相淀积(PECVD)工艺制作的二氧化硅薄膜也增强了芯片抗腐蚀能力.在利用黄瓜叶肉细胞的细胞排队和融合实验中,实验效果比现有硅微阵列芯片要好.     

基于MEMS细胞电融合芯片的设计与实验研究

基于MEMS技术,根据细胞电融合的工作条件,设计了一种可以在低电压驱动下工作的细胞电融合芯片。该芯片的外界驱动电压（包括排队与融合电压）仅为传统细胞电融合槽的1／100—1／20,可以显著降低外界驱动部分的设计、制造成本,扩展细胞电融合技术的应用。介绍了该芯片的设计思路,分析了原试制细胞电融合芯片存在的可靠性和氧化问题,提出了有效的改进方法,优化了芯片设计方案,制定了相应的加工工艺流程。给出了采用该芯片对部分细胞进行初步排队、融合实验的结果,实验结果表明：对原有芯片进行的优化设计是有效的。     

高通量细胞电融合芯片研究进展

高通量细胞电融合芯片设计中采用微阵列结构的电极设计方案可提高芯片上微电极的数量,使细胞电融合芯片向高通量、高效率、高集成度的芯片实验室方向发展。通过设计微小尺度的电极间距,降低了对细胞电融合信号高压的要求和融合信号源的制造难度,提高了融合过程的安全性。对微电极形状、融合信号进行优化设计,提高细胞电融合的效率。同时,对芯片制造技术和芯片材料加以优化选择,提高了芯片制造的可靠性和电气与生化等性能。     

基于激光诱导的细胞荧光成像系统研制

分析了激光诱导荧光法检测钙离子浓度的原理.并利用微流控芯片在细胞培养和检测上的独特优越性,设计实现了基于微流控芯片的测量细胞内钙离子浓度变化的显微荧光成像系统.在对微流控芯片技术研究的基础上设计制作了微流控芯片,并设计了显微系统、快速波长切换系统、CCD成像系统等.利用这套显微荧光成像系统对活体细胞的荧光图像进行采集....     

基于微流控技术的细胞分析仪研制及其应用

该研究将库尔特原理与微流控技术结合,开发了一款基于微流控技术的细胞分析仪和配套 芯片,实现了快速准确的白细胞计数。该微流控芯片由多层结构组成,液体在芯片上下层间流动,完 全与设备隔离,可即用即抛。采用该仪器和芯片对标准粒子和白细胞分别进行测试的结果显示,该分 析仪和芯片对不同直径标准粒子重复计数结果的变异系数分别为 4.95%、3.56% 和 2.13%;与希森美 康血细胞分析仪 XN20 对白细胞总数计数结果的比较可知,两者(XN20 和 CS1700)的线性回归系数 R2＝0.999 7;Bland-Altman 作图得出 95% 以上的点都在“95% 一致性界限”内波动;在 3.00×109/L、 11.00×109/L 和 30.00×109/L 三个医学决定水平处的预期偏倚百分比分别为 2.12%、0.54% 和 0.17%。 这表明,该细胞分析仪对标准粒子测试重复性良好,对白细胞测试结果与希森美康 XN20 的测试结果 具有可比性,可用于临床血样的白细胞检测,尤其适应于农村卫生室等基层医疗单位使用。     

基于交流电场驱动的微流体运动特性模拟研究

为研究在交流电场驱动下微沟道中流体的运动特性,采用有限元的方法建立了非对称电极驱动流体的数学模型.微管道高为40μm,出口在交流微电极以后100μm处,通过多物理场耦合软件研究了交流微电极对数、驱动电压、频率与微沟道出口平均速度之间的关系,其中交流微电极对数、驱动电压与出口速度成正比,对于几何尺寸一定的微管道,在特定频率下可以得到最大出口速度.实例中微管道在1V电压下,最佳驱动频率为3500 Hz,可获得的最大出口速度为9.6×10-8 m/s.     

基于石英和载玻片的微电极制备工艺研究

研究以石英片和载玻片为基底的微电极制备工艺,以较常见的叉指型电极为例,基于光刻工艺中各工艺参数要求,重点研究曝光和显影时间对微电极的影响。制得的2种不同基底的电极,采用对比度、精度等关键参数进行分析,最终确定选用载玻片作为芯片基底并获得其最佳工艺参数;制作带电极的PDMS—玻璃微流控芯片,通过实验,成功观察到酵母菌细胞的正、负介电泳现象。     

蚁群算法的数字微流控生物芯片污染故障清除

数字微流控生物芯片在生物化学分析中有良好的应用前景,为保证复杂生化实验分析结果的准确性,需对污染故障进行清除.提出了基于最大最小蚁群算法的污染故障清除策略,对清洗液滴清洗路径进行路径寻优.针对数字微流控生物芯片污染故障建立多旅行商问题(MTSP)模型,建立了基于流体和时间约束的禁忌判断策略、蚁群算法的选择策略,实现了优化清洗液滴路径规划、清除污染故障的目的.实验结果表明:该方案能有效地减少清洗时间,能够有效减少阵列单元使用数目.     

数字微流控生物芯片测试诊断过程分析和优化

针对数字微流控生物芯片的测试和诊断过程进行建模和分析,并根据并行测试的分块数和单元出错概率为相应的测试和诊断成本建立函数。通过Matlab对测试诊断成本函数的分析表明：随着并行测试分块数的增大,测试诊断成本的变化趋势不明显,也就是说,并行测试的分块数对测试诊断成本的影响不大;而随着单元出错概率p的增加,测试成本呈明显的增加趋势,且增加的幅度较大。另外,诊断过程中,根据单元出错概率对出错的子阵列再进行诊断,诊断过程必须持续若干次,直到所有故障定位后才能结束。在这些诊断中,针对最后一次定位的诊断成本是最大的,而且与其他次的诊断过程的成本相差几十个数量级,决定了总成本的大小。这些结论为数字微流控生物芯片的测试和诊断过程优化提供重要的理论依据,并为测试诊断方法的设计提供指导。     

数字微流控生化芯片的多故障诊断

数字微流控芯片常用于安全关键领域,其可靠性成为设计和测试的重要准则。为保证数字微流控芯片的系统可靠性,需要对其进行全面的测试,而为了实现重配置,必须对芯片阵列进行准确的故障诊断。本文提出了一种多故障的诊断方法,首先对芯片阵列进行行列并行测试,识别出存在故障的行和列,再利用改进二进搜索对这些故障行列进行故障定位。改进二进搜索可以利用多个有效的无故障路径进行测试,为了有效地为二进搜索寻找有效的搜索路径,给出了相应的贪婪算法。诊断故障覆盖率用来衡量多故障诊断方法的有效性。实验结果表明,相对传统的二进搜索方法,本方法可以更有效地对多故障进行定位。     

接触式点样机器人及相关技术研究进展

分模块对现有接触式点样机器人中的机械手布局、接触式点样、点样针清洗和干燥、环境控制及防挥发等技术进行了总结和分析．针对现有仪器中待解决的问题及发展方向提出了几点看法．     

基于Parylene的柔性神经微电极的研制和表征

衬底集成的微电极是植入式微系统中的重要部件,起着对神经进行电刺激并记录神经信号的关键作用。采用微细加工技术在新型柔性基底——聚对二甲苯(Parylene)上制作微电极阵列。阐述了Parylene基微电极阵列的加工工艺,并利用光学显微镜和电化学表征技术对微电极的表面形貌和电学性能进行了研究。结果表明:在工作频率范围内(104~105Hz),柔性神经微电极的阻抗值低(400~1000Ω),相位延迟小(-20°),适于用作视网膜修复。     

微型电化学传感器研究的最新进展

随着各种微加工技术广泛地应用于电化学传感器中,微型传感器在电化学分析中的应用取得了快速的发展.微型传感器易于实现批量生产,只需要少量的样品,大大降低有毒试剂的消耗,减少环境污染,同时具有分析成本低,响应时间快,检测下限低和适用于现场快速检测等优点.本文综述了微型电化学传感器及其阵列的最新研究进展,介绍了不同结构的基于汞膜、碳/石墨和贵金属等材料的微型传感器的特点和采用腐蚀、剥离、金属掩膜和丝网印刷等微加工技术的微型传感器及其阵列制作工艺,阐明了微型电化学传感器与溶出伏安法相结合,在生物医学、食品和环境检测中将具有广阔的应用前景.     

生物芯片荧光图像样点自动定位的实现

生物芯片在微小的基片上集成了成千上万个样点，每个样点对应一个基因或生物信息。因此，生物芯片图像分析的自动化在生物芯片软件系统中显得尤为重要．而生物芯片样点自动定位是实现生物芯片图像分析自动化的关键一步。本文提出并实现了一种生物芯片荧光图像样点自动定位的算法。运行结果表明，对于样点像素值明显比背景像素值大的样点，样点检测率可以达到95％以上，而且荧光图像的倾斜、荧光图像中大的污染块并不影响本程序的样点检测率。