用于不同粒径粒子聚焦的MEMS微流体芯片

基于惯性微流体技术和微电子机械系统(MEMS)工艺,设计了一款用于不同粒径粒子聚焦的微流体芯片。通过对不同收缩区-扩张区面积比(CE-ratio)以及相同CE-ratio下不同收缩区与扩张区长度关系的微通道进行仿真测试,制备出了分别适用于不同粒径粒子的对称式小CE-ratio微通道。采用MEMS工艺加工,通过改进键合工艺使芯片能在高流速下保持性能稳定。在雷诺数为68的前提下对聚焦测试图进行归一化灰度值分析。测试结果表明：通道内粒子聚焦流线(粒径5μm和20μm)处灰度值比其他位置灰度值高3倍,且通道内其他位置的归一化灰度值较稳定地保持在0.2(粒径20μm)和0.25(粒径5μm)左右。在高流速工作情况下,对称式小CE-ratio微流体芯片性能稳定且粒子聚焦效果良好。     

基于微流体技术的FBAR微质量传感器

基于微机电系统(MEMS)技术的薄膜体声波谐振器(FBAR)在无线通讯领域取得了巨大的成功后,由于其具备厚度薄,体积小,与IC兼容及谐振频率和灵敏度都远高于传统的微质量传感器(如石英晶体微天平)等优势,逐渐在微生物分子检测方面崭露头角.由于微生物分子大都生存于液体环境,而纵波模式下FBAR微质量传感器在液体环境中声波损耗大,其品质因数Q值只有3.53.因此,该文在分析了纵波模式下FBAR微质量传感器在气相和液相环境中的特性后,针对液相环境中传感器Q值较低问题,设计了一种具有微通道的FBAR微质量传感器,使其Q值达到30.85,增加了近9倍,从而提升了纵波模式下FBAR微质量传感器对液体中微生物分子检测的性能.     

基于声表面波技术实现微通道内微流体的融合

提出了一种新的油相微通道内微流体融合方法.在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器(IDT)和反射栅,模塑法制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道贴合于压电基片的声路径上,在PDMS微通道内采用微量进样器注入石蜡油和待融合微流体.经功率放大器放大后的射频(RF)电信号加到IDT上,激发声表面波(SAW),驱动微通道内的待融合微流体,实现其融合.实验结果表明,在SAW作用下,微通道内微流体的融合决定于加到IDT上RF信号功率、待融合微流体直径和待融合微流体间距.     

PCR微流体芯片温度控制系统的设计

设计并开发出用于DNA聚合酶链式反应(PCR)的微流体芯片温度控制系统。采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃,设计制作了温度可控全透明PDMS微流体芯片。系统由硬件电路搭建和控制软件编程共同实现。温度信号由AD590采集,经过CD4051BE选通,传送给ATmega16L,单片机通过比较温度采集值与设置值,得到控制指令,并控制驱动电路。实验结果表明,该系统完全满足设计要求,温度控制精度高,系统体积小,便于PCR扩增实验。     

用于水质检测的微传感器及微系统

着重介绍了用于水质检测的电化学、声学、光学三种类型微传感器以及微分析系统、微传感片上系统两类微系统的基本原理、特点和研究进展;比较了不同类型微传感器的性能差异;讨论了目前水质检测微传感器及微系统在研究中存在的主要问题及解决方法,并对其未来的发展前景进行了展望。     

基于声表面波介质辅助输运微流体

提出了介质辅助下压电基片上微流体输运新方法,以避免声表面波(SAW)直接辐射引起的水溶液样品中水蒸发或潜在的生物大分子活性降低问题。小钢珠表面涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜,并放置于128°YX-LiNbO3压电基片上,微小水液滴进样于小钢珠与压电基片之间,确保小钢珠在声表面波作用下滑移。同时,对小钢珠上微流体的受力进行了理论分析。以红墨水溶液作为实验对象,进行介质辅助输运微流体实验。结果表明,30.2 dBm电信号功率激发的声表面波可成功地实现直径2 mm小钢珠上1μL红墨水微流体的输运,其输运速度为0.58 mm/s,且小钢珠上红墨水微流体的输运速度随施加的电信号功率增加而增加。     

微流体系统中微阀的研究现状

依据微流体系统中微阀的驱动机理,将微阀分为有源微阀和无源微阀两大类,然后对这两大类进行细分,将有源微阀分为压电、磁、静电驱动、热驱动、相变、双稳态、外部驱动等类型,将无源微阀分为悬臂梁式、薄膜式、毛细管、扭矩驱动等类型。分别讨论了各种微阀的工作原理和性能,介绍了各类微阀的实验研究进展,指出了这些微阀的特点,突出了微阀作为微流体系统的主要元件之一,起到径流调节、开/关转换、密封生物分子和微/纳粒子等作用。回顾了微阀的发展历程,分析了目前研究过程中存在的问题,提出了微阀今后的研究方向。     

二维流体模型的建立及其在微晶硅薄膜中的应用

建立二维流体模型,研究甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PEVCVD)高速沉积氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜.模型采用平行电容耦合放电方式. 模拟条件与实验条件相同,均为甚高频(70 MHz)、高H2稀释SiH4和高压耗尽区域.模型的几何结构是根据实际高速沉积μc-Si:H薄膜的反应腔室建立的.模型是自适应的,建立在玻尔兹曼方程和泊松方程基础之上,包含87个气相反应和25个表面反应.将模拟沉积速率与相同实验条件下的结果相比较,结果发现,模型在微晶区域运行结果与实验结果吻合得很好.     

液晶微流体中拓扑缺陷的形态研究

为了研究向列相液晶微流体在不同界面限制内拓扑缺陷的产生与演化,制备了不同表面锚定条件的微通道。通过采用不同表面特性的基板与聚二甲基硅氧烷制备的结构层键合,并合理利用氧等离子体对通道内壁化学特性的改变,最终制备出3种不同表面锚定条件的微流体通道。观察向列相液晶在其中的流动,总结了不同类型拓扑缺陷的出现规律。实验结果表明：平面取向的微通道内液晶分子排列连续,不会出现明显的缺陷结构。混合取向的微通道在界面锚定之间的竞争作用下,会在上表面附近形成稳定的相错线,相错线的数量与微通道的宽深比相关。正常情况下,垂直取向的微通道内指向场的变化具有良好的连续性,通过控制流速突变产生回流可以有效破坏微通道内指向场的连续性,从而产生动态的拓扑缺陷。缺陷的数量与流速相关。当流速恒定时,缺陷结构会维持短暂的动态平衡,随后会在通道内产生规律的波动。     

基于GaN FET的LED微显示单片集成技术研究进展

发光二极管(LED)微显示技术由于其潜在应用而倍受关注.与主流的基于硅基驱动器的LED微显示技术不同,采用GaN场效应晶体管(FET)驱动的LED微显示技术制作的器件具有可靠性高和制作工艺简单等优势.总结了各种GaN FET驱动LED微显示的器件结构及性能,这些器件结构包括:直接利用LED外延结构制作FET驱动微型LED发光像素的横向集成结构、HEMT驱动微型LED发光像素的横向叠层结构、纳米线GaN FET驱动LED发光像素的垂直叠层结构.对基于GaN FET驱动的LED微显示技术的进展进行了综述.对GaN FET驱动的LED微显示技术的应用前景和研究方向进行了展望.     

集成电极的PDMS-玻璃微流控芯片的制备

微流控芯片在分析化学和生物检测方面有着广阔的应用前景。对集成电极的PDMS-玻璃微流控芯片的制备工艺进行了研究与分析。最终使用SU-8快速制备阳模,使用PDMS转移图形得到具有微流控通道的PDMS盖片;在玻璃基板上加工Pt电极,除了需要外露的部分电极外,其他部分以薄层PDMS保护,得到电极基板;将PDMS盖片与电极基板半固化键合制得同时具有加热和温度传导电极以及CE高压电极的PDMS-玻璃芯片。ANSYS模拟分析证明加热芯片热惯性小,加热时温度分布效果好。     

PDMS微流控光纤芯片的研制

用集成在芯片上的光纤作为激发光源,可使激发光斑的大小与微流控沟道的深度尺寸相接近,提高了检测灵敏度,省去了光学聚焦系统.利用二次曝光的方法制作了PDMS光纤芯片,实现了光纤与沟道的对准.对PDMS光纤芯片的加工工艺、封装方法和结构特征进行了探讨.用所制作的芯片对FITC（异硫氰酸荧光素）和以FITC标记的氨基酸进行了检测,结果证明了该芯片的可行性.     

一种基于HDTV信源集成解码芯片的RTOS的设计与实现

随着系统集成芯片（SOC）设计复杂度和上市时间等要求的提高，实时操作系统已成为SOC设计中的重要组成部分。HDTV信源集成解码芯片中的实时操作系统负责对进出芯片的数据进行管理，芯片上实现多个实时任务的同步和调度。本文介绍一个以较小内核实现的多任务实时操作系统Iota，它将总线的调度部分的转移到硬件实现，并针对解码芯片设计并实现了多任务混合调度算法。为提高系统的健壮性，Iota还具有一个简单的存储保护策略。     

大规模集成芯片IR2130触发器

详述了芯片内各环节的工作原理及所起作用,阐释了电路悬浮的工作情况,结合逆变器主回路,给出整个触发系统的电路框图,特别是对各个保护环节做出了深入的分析。虽未涉及芯片的具体应用,却为应用提供了坚实的理论基础,为全面掌握本芯片提供了可能性。     

非对称大光腔GaAlAs／GaAs激光器分析与实验

本文分析了非对称大光腔结构在提高ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ激光器输出光功率方面的优越性。计算了为获得最大功率和基模工作所应选用的有关参数。在上述分析的基础上，研制了非对称大光腔（Ａ－ＬＯＣ）ＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ激光器，其未涂覆输出光功率达８５ｍＷ以上，这一结果与理论计算基本符合。     

Light‐Driven Delivery and Release of Materials Using Liquid Marbles

Remote control of the locomotion of small objects is a challenge in itself and may also allow for the stimuli control of entire systems. Here, it is described how encapsulated liquids, referred to as liquid marbles, can be moved on a water surface with a simple near‐infrared laser or sunlight. Using light rather than pH or temperature as an external stimulus allows for the control of the position, area, timing, direction, and velocity of delivery. This approach makes it possible to not only transport the materials encapsulated within the liquid marble but also to release them at a specific place and time, as controlled by external stimuli. Furthermore, it is shown that liquid marbles can work as light‐driven towing engines to push or pull objects. Being able to remotely transport and push/pull the small objects by light and control the release of active substances on demand should open up a wide field of conceivable applications.     

Multifunctional Graphene–PEDOT Microelectrodes for On‐Chip Manipulation of Human Mesenchymal Stem Cells

All‐solution‐processed multifunctional organic bioelectronics composed of reduced graphene oxide (rGO) and dexamethasone 21‐phosphate disodium salt (DEX)‐loaded poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) (PEDOT) microelectrode arrays on indium tin oxide glass are reported. They can be used to manipulate the differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSCs). In the devices, the rGO material functions as an adhesive coating to promote the adhesion and alignment of hMSC cells and to accelerate their osteogenic differentiation. The poly(L ‐lysine‐graft‐ethylene glycol) (PLL‐g‐PEG)‐coated PEDOT electrodes serve as electroactive drug‐releasing electrodes. In addition, the corresponding three‐zone parallel devices operate as efficient drug‐releasing components through spatial‐temporal control of the release of the drug DEX from the PEDOT matrix. Such devices can be used for long‐term cell culturing and controlled differentiation of hMSCs through electrical stimulation.     

基于磁流体的微泵的研究进展

首先介绍了基于磁流体微泵的工作原理,并且根据Navier-Stokes公式推导出了磁流体在梯度磁场中所产生的驱动力大小。然后,回顾了磁流体微泵的发展历程,对各阶段磁流体微泵的产生进行了研究,梳理出了各磁流体微泵的发展脉络,并且详细描述了各微泵的结构特点以及优缺点。最后,简单展望了磁流体微泵的发展趋势,指出磁流体微泵发展中存在的问题,例如磁流体的制备、磁流体微致动理论体系不完善和新型磁流体微泵的设计等,并针对这些问题提出了有效的解决方案。     

Mesoporous Silicon‐PLGA Composite Microspheres for the Double Controlled Release of Biomolecules for Orthopedic Tissue Engineering

In this study, poly(dl ‐lactide‐co‐glycolide)/porous silicon (PLGA/pSi) composite microspheres, synthesized by a solid‐in‐oil‐in‐water (S/O/W) emulsion method, are developed for the long‐term controlled delivery of biomolecules for orthopedic tissue engineering applications. Confocal and fluorescent microscopy, together with material analysis, show that each composite microsphere contained multiple pSi particles embedded within the PLGA matrix. The release profiles of fluorescein isothiocyanate (FITC)‐labeled bovine serum albumin (FITC‐BSA), loaded inside the pSi within the PLGA matrix, indicate that both PLGA and pSi contribute to the control of the release rate of the payload. Protein stability studies show that PLGA/pSi composite can protect BSA from degradation during the long term release. We find that during the degradation of the composite material, the presence of the pSi particles neutralizes the acidic pH due to the PLGA degradation by‐products, thus minimizing the risk of inducing inflammatory responses in the exposed cells while stimulating the mineralization in osteogenic growth media. Confocal studies show that the cellular uptake of the composite microspheres is avoided, while the fluorescent payload is detectable intracellularly after 7 days of co‐incubation. In conclusion, the PLGA/pSi composite microspheres offer an additional level of controlled release and could be ideal candidates as drug delivery vehicles for orthopedic tissue engineering applications.     

双界面智能卡芯片模拟前端ESD设计

双界面智能卡芯片静电放电(ESD)可靠性的关键是模拟前端(AFE)模块的ESD可靠性设计,如果按照代工厂发布的ESD设计规则设计,AFE模块的版图面积将非常大.针对双界面智能卡芯片AFE电路结构特点和失效机理,设计了一系列ESD测试结构.通过对这些结构的流片和测试分析,研究了器件设计参数和电路设计结构对双界面智能卡芯片ESD性能的影响.定制了适用于双界面智能卡芯片AFE模块设计的ESD设计规则,实现对ESD器件和AFE内核电路敏感结构的面积优化,最终成功缩小了AFE版图面积,降低了芯片加工成本,并且芯片通过了8 000 V人体模型(HBM) ESD测试.