聚合物微流控芯片的注射成型

针对注塑成型微流控芯片过程中出现翘曲变形和微通道复制精度不高等缺陷,采用正交分析法,仿真优化了芯片厚度方向上的翘曲变形;基于翘曲优化结果,实验研究了微注射成型微流控芯片过程中模具温度、熔体温度和注射速度对微通道变形的影响。结果表明,保压时间和保压压力对微流控芯片的翘曲变形影响最大,而模具温度对微通道变形影响最为显著。采用优化的工艺参数,所成型的芯片微通道具有较高的复制度,无明显翘曲变形,可满足使用要求。     

塑料微流控芯片的注塑成型

有别于传统的微流控芯片压塑成型方法,本文提出注塑成型加工塑料微流控芯片的新工艺.采用UV-LIGA技术制作成型微通道的型芯,设计制造了微流控芯片注塑模具.充模试验表明,如何使微通道复制完全是微流控芯片注塑成型的主要技术难点.模拟与理论分析表明,熔体在微通道处出现滞流现象是复制不完全的主要原因;搭建了可视化装置对此加以试验验证.利用正交试验方法进行充模试验,研究各工艺参数对微通道复制度的影响.试验表明模具温度对提高微通道复制度起决定性作用;注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平.依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺,对于宽80μm、深50μm截面的微通道而言,可使微通道复制度由70%提高到90%,满足使用要求.     

微流控芯片微沟道的超声压印制作

作为一种新型聚合物微结构成形方法,超声波压印具有成形速度快和基片整体变形小的特点,但是微结构在较大面积成形时存在均匀性较差的问题．本文面向微流控芯片中微沟道的超声波压印成形,通过设计正交实验和有限元仿真研究的方法,分析了超声压印工艺参数对微流控芯片成形质量和均匀性的影响原因及规律．结果表明,可以通过优化超声波压印压力、振幅和超声波作用时间提高压印均匀性．其中超声波压印压力对成形精度和均匀性的影响最大．采用优化后的工艺参数进行实验,在48mm×32mm面积的PMMA微流控芯片基片上成形了微沟道,微沟道的复制精度优于95．6％．片上3点的均匀性为98．0％．     

基于微流控芯片技术的小尺寸微米级液滴制备

利用微流控芯片技术制备的皮升级微量液滴,作为独立的微反应器,由于其比表面大,高通量等优势,在生物、医学、化学、物理等领域得到了广泛应用。本工作利用软光刻技术制备流聚焦型微流控芯片,研究了微流控芯片中连续相和分散相的流速对微量液滴尺寸的影响。结果显示,增加连续相流速时,微量液滴的尺寸减小;而加快分散相流速时,微量液滴的尺寸增大。当微流控芯片的通道尺寸固定后,由于分散相和连续相的界面张力不变,通过改变连续相和分散相的流速,微量液滴的尺寸范围有限,本工作中微量液滴的尺寸为几百微米至25μm。本工作探究了微流控芯片中如何制备尺寸小于25μm的微量液滴的方法。通过添加活性剂,改变连续相和分散相的界面张力,可实现制备尺寸为10μm的微量液滴。本工作所利用的微量液滴制备方法,制备的10μm大小液滴具备更高的比表面积,反应活性将会更大、在药物释放,颜色显示等领域将有广阔应用前景。     

热压键合工艺参数对微流控芯片微通道尺寸变形的影响

为减小环烯烃共聚物(COC)芯片热压键合过程中微通道的变形量,采用单因素实验研究了热键合参数对COC芯片微通道变形的影响规律,为键合参数的设置提供一定的理论指导。研究结果表明,键合参数对芯片微通道的变形有较大影响,键合温度的影响最大,对应的变形量最大极差为20.76,键合压力次之,键合时间的影响最小,对应的最小极差为5.04μm,且与连续相相比,键合参数对COC芯片微通道离散相尺寸变形影响更为显著;在热键合过程中,温度和压力过高会使芯片微通道产生永久变形甚至毁坏芯片微结构,为减小变形,可适当地降低键合温度和压力,延长键合时间来弥补键合不完全的问题。     

模板电解法快速制作玻璃微流控芯片

玻璃微流控芯片在许多领域已经得到较广泛的应用,但目前的加工需要繁琐的步骤及昂贵的设备进行图形转移及金属牺牲层开窗口.本文提出一种快速制作金属牺牲层图形窗口以用于玻璃微流控芯片加工的方法.以CO2激光直写加工PET膜模板,微细电解加工玻璃基片上的铬/金牺牲层快速获得窗口,湿法腐蚀及热键合制作玻璃微流控芯片.结果表明该法可在10秒内开窗口,电解加工过程使用的模板厚度、电解液组成及施加的压力与电压对窗口的质量都有显著影响.加工的微通道宽度为145μm,边缘整齐,宽度均匀,相对标准偏差为3.72%,深度μm,底部平整度高,并成功用于氨基酸混合液的芯片毛细管电泳分离.同时使用该方法加工的金微电极阵列,电极宽度为100μm,最小间距可达100μm.     

PDMS微流控电泳芯片的快速制备

采用Protel软件绘制微流控沟道的形状,利用电路板制作技术加工出模具.该芯片由PDMS基片和PDMS盖片组成,微流控沟道位于基片上,深度和宽度分别为75μm和100μm,由盖片对其进行密封.考察了有绝缘漆模具和无绝缘漆模具制作的芯片的电泳分离情况.在所制作的PDMS微流控电泳芯片上对用异硫氰酸酯荧光素标记的氨基酸进行了电泳分离,当信噪比S/N=3时,最小检测浓度达到0.8×10-11mol/L.     

微流控芯片基片与盖片一体化注塑成型研究

针对微流控芯片基片与盖片的结构特点,提出了定模先行抽芯机构,设计制造了微流控芯片基片与盖片一体化注塑成型模具,并进行注塑成型试验研究.结果表明:定模先行抽芯机构可以有效解决盖片上圆孔状储液池成型与脱模的技术难题,如何使微通道复制完全是微流控芯片基片注塑成型的主要技术难点;模具温度对提高微通道复制度起决定性作用,注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平,依此形成塑料微流控芯片的注塑成型工艺规范.     

193nm准分子激光器激光整形微透镜阵列压缩模塑成型工艺参数研究

为了实现193 nm准分子激光器激光整形及均匀化,制作一种微透镜阵列光学元件。本文采用L_93~3多因子正交方法进行实验,获得3因子3水平下压缩模塑成型的微透镜阵列。通过Taylor Hobson轮廓仪测量微透镜阵列形状误差,并采用极差分析方法分析模具温度、保压压力、冷却时间3种工艺参数对形状误差的影响程度,确定微透镜阵列光学元件的最优工艺参数组合。结果表明:当模具温度为230℃,保压压力为120 MPa,冷却时间为30 s时,微透镜的形状误差最好,值为0.5276μm,满足193 nm准分子激光器激光整形及均匀化对微透镜阵列形状误差小、精度高等要求。     

激光加工技术的生物PCR荧光分析方法中荧光标准模板的研究

运用激光加工技术对荧光标准模板进行了研究,获得的初级荧光标准模板有6个独立的模拟微通道(宽104μm,深56μm),在每个单独的模拟通道两端拥有两个直径为200μm的微孔,通过这些微孔将已知的不同荧光强度反应物注入各模拟通道,构成荧光标准模板.在实验基础上,讨论了利用荧光标准模板的生物PCR荧光分析方法以及激光制备的微流控生物PCR芯片过程中的制造工艺和质量检验.     

聚合物微流控芯片超声波微熔融键合方法

为了将超声波聚合物焊接技术更好地应用于聚合物微流控芯片的键合,提出基于界面微熔融的聚合物微流控芯片超声波键合方法.设计了适用于该方法的导能筋结构,在合理的键合工艺参数控制下使导能筋结构材料不发生熔融流延,通过键合界面软化润湿来实现对微流控芯片微通道的密封连接.实验结果表明,键合时间仅为0.09 s,键合后微通道的承压能力可达6个大气压,满足微流控芯片的使用要求.面接触导能筋可采用机械加工或注塑方法获得,具有良好的产业化应用前景.     

微结构塑件注射成型试验研究与缺陷分析

以具有微结构的塑件——微流控芯片为研究对象,利用单因素试验方法研究注射工艺参数对微结构复制不完全和表面缩痕这两种主要成型缺陷的影响并加以分析。结果表明,注射速度和模具温度是影响微结构复制不完全的主要因素,注射压力起次要作用,保压压力影响不明显;影响芯片表面缩痕的主要因素是模具温度和保压压力;保压时间对微结构填充度的影响很小,但却是芯片整体翘曲变形的主要原因。     

微注射成形聚丙烯微阵列填充与形态结构

通过微注射成形制得了直径分别为130μm和110μm,高度均为250μm的微圆柱阵列(10×10).不恰当的工艺参数下微圆柱会出现填充不足、表面粗糙、烧蚀和中空等缺陷.实验发现,对于带有微型盲孔结构的模具,注射前抽真空是必需的.当模具温度在90℃、注射压力为100 MPa、保压3 8、模具抽真空的情况下,微型圆柱可以得到完全填充,且没有以上缺陷.为研究聚丙烯微型圆柱的内部形态结构,采用生物制样法将微型圆柱制成10μm厚的试样.偏光显微镜观察表明,直径为130μm和110μm的微型圆柱均具有"表芯结构"表层,剪切区,球晶芯核.扫描电镜观察结果表明,微圆柱横截面上外层球晶尺寸小于中心球晶,且直径为110μm的微圆柱球晶的平均尺寸小于直径130 μm的微圆柱.     

石英玻璃微流道超声振动磨削加工及流动阻力特性研究

石英玻璃微流控芯片在医学诊断、生化分析和药物筛选等领域具有广阔的应用前景,高性能石英玻璃微流道的加工质量直接决定微流控芯片的使用性能。本工作采用超声振动磨削加工技术对石英玻璃微流道进行高效精密加工,首先研究了主轴转速N、进给速度v_f、磨削深度a_p和超声功率P对微流道表面质量和形状精度的影响,然后对超声振动磨削工艺参数进行优化,最后测试微流道的水流阻力,研究微流道水力直径对其流动阻力特性的影响。超声振动磨削加工实验结果表明：石英玻璃微流道的表面粗糙度R_a可达较小值0.191μm,形状精度RMS值和PV值分别达到3.332μm和23.783μm,并且微流道表面形貌完整,底部微观表面光滑,边缘整齐无明显崩边。流动性测试实验结果表明：石英玻璃微流道内流动摩擦阻力系数随雷诺数和水力直径的增大而减小,因此设计微流道时应尽量选择较大的水力直径,并且适当增大流速。     

PDMS微流控芯片微筛阵列流场的Micro-PIV分析

针对微流控芯片上的细胞培养技术,很多微流控芯片设计力图追求高通量,但并未考虑芯片中流场的分布状态,导致细胞培养效果不佳.本文介绍了直径1μm的荧光粒子以30μL/min的速度注入芯片中,利用Micro-PIV技术对设计的含有16μm微筛阵列的PDMS微流控芯片进行流场、流速的测试与分析,得到高分辨率的流场、速度矢量分布图,并且与ANSYS软件模拟结果进行比较.实验结果表明:液体经过微筛阵列时,流速逐渐减小,流场分布稳定均一,模拟结果与实际结果吻合.     

新型网状通道微流控细胞培养芯片设计与制作

微流控芯片能为细胞的体外培养提供良好的生长微环境.设计制作了一系列具有网状微通道网络的细胞培养微流控芯片,为细胞体外培养提供了稳定的流体环境.该芯片由网状微通道网络和处于网状通道节点处的培养腔室组成.芯片整体结构呈对称分布,外部流体在驱动力的作用下进入微通道网络,经过多条微通道进入培养池.培养池周围微通道具有"多入多出"的特点,在很大程度上提高了培养池内流场的稳定性.同时研究了芯片微通道网络的网状程度、培养腔数量对培养池内流场的影响.结果表明:处于网状微通道网络上的培养池内流场均一稳定,能为细胞体外培养提供近体微环境.     

新型纳米磁色谱微流体芯片

通过标准光刻电铸工艺,在玻璃基片上制备了不同形状的顺磁性镍铁微柱阵列作为微流控通道内的磁力元件;通过SU-8胶光刻模板PDMS快速成型制备了微流控通道结构,通过O2 Plasma 处理和显微镜下对准,实现在玻璃基片上的永久封装,制备了磁分离微流控芯片;在微流控通道中引入含有微磁珠的溶液,通过外加磁场和流动式进样,观察微磁珠的对磁场的响应情况以及层流中的磁珠分离情况及捕获,并进行了DNA提取实验.     

一种自封装技术制备PMMA微流控通道方法研究

本文结合湿法腐蚀技术、紫外固化纳米压印技术、热压纳米压印技术制备出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)沟槽微结构,基于局部加热的自封装技术成功制备出了PMMA微流控通道。研究了硅模板结构参数的选择要求以及工艺过程中实验参数对实验的影响。实验结果表明,热硅片与基片相对运动方向应与PMMA沟槽微结构方向平行,有利于制备出变形量小、尺寸均匀的微流控通道。     

用于激光制备生物微流控芯片工艺研究的生物PCR荧光分析方法

激光制备微流控芯片工艺研究的生物聚合酶链式反应(PCR)荧光分析方法是利用生物PCR反应中荧光的变化规律特性,从检测结果与参照检测标准的比较依据出发,在生物芯片的实际使用工作状态下获得分析数据.对造成达不到设计工作状况现象的内在混合诸方面工作参数进行分解分类和分析.用于微流控芯片工艺的生物PCR荧光分析方法的相关装置采用了多光路光纤校准,获得了荧光检测良好的重复性和稳定性.该装置对标准模板上模拟微通道中不同荧光信号的分辨率(平台区荧光强度信号值＞10×本底信号区荧光强度信号值)表明:已建立的生物PCR荧光分析装置能分析微流控芯片的工艺参数,实现了用于激光制备生物微流控芯片工艺的PCR荧光分析方法.     

微通道内高通量磁泳分离实验研究

磁泳是实现生物分离的主要手段之一.利用功能磁珠在微流控芯片上实现高效磁泳分离是近年来的研究热点.对直径为1μm的超顺磁磁珠在当量直径为114.3μm的矩形微通道内的磁泳分离特性进行了实验研究.利用高速CCD观测了磁珠在微通道内捕获与释放的全过程,并通过图像分析,得到了磁珠的捕获情况随时间及流速的变化规律.实验发现,在高...