基于微流体数字化技术的微化学反应器

微流体数字化技术利用压电陶瓷驱动器产生的脉冲惯性力来驱动和扰动微流体，实现了微流体的均匀离散和微喷射，具有数字可控性。由此设计了一种数字化微化学反应器，对不同微管道内的流体利用数字化微喷射，实现试样与试剂微液滴间的混合反应。该微化学反应器由玻璃微管道拉制仪拉制的微管道进行粘接组合而成，内部无可动件，无需复杂的微加工技术，结构简单，制造成本低。进行了氢氧化钠溶液和酚酞溶液的混合反应实验，实验证明该化学反应器可以用于微化学反应。     

微流体数字化喷点技术基础实验研究

微流体数字化喷点技术可对低粘度液体的单次喷射体积进行精确的控制,样点直径的变异系数小于8%。不同于现有的微喷点技术,微流体数字化喷点技术具有无热源、无可动件、无外部加压装置、结构简单的特点。本文针对不同粘度的低粘度液体和驱动参数进行了微喷点基础实验研究,并采用微流体数字化喷点技术制作了样点直径在100μm左右的中等密度的微阵列。     

基于微喷技术的微胶囊制造实验研究

利用压电驱动器产生的低频振动，使微流道中的流体产生脉冲流动，通过微喷头实现微流体的数字化离散和喷射。通过控制振动的频率和微喷头的直径，可以实现微胶囊尺寸的数字化控制。利用悬浮交联微胶囊制备方法，以海藻酸钠包覆胰岛细胞进行了微胶囊制作实验，制造出了尺寸均匀的微米级尺度微胶囊。展望了基于微流体数字化的微胶囊制造技术的发展前景。     

数字化无阀微泵内微流体泵送运动的理论解析

对研制出的新型基于微流体数字化技术的数字化无阀微泵的泵送实验现象进行理论分析研究。提出数字化无阀微泵内的微流体概念,该微流体受外加周期性扰动,其边界流和中间流间产生速度差异,由于粘性力、惯性力交替作用,使微流体运动,中间流克服表面张力的作用得以喷射出去,实现数字化无阀微泵泵送。推导了中间流的运动公式,分析认为中间流与边界流存在着滞后效应,调整扰动周期长短,可实现离散流、连续流。     

微流体芯片中流体温度软测试技术研究

在微流体芯片的众多应用研究领域中,如微反应器、PCR扩增、微流体驱动和控制等,微流体芯片中的流体温度和热量控制是一个非常关键的因素,为此国内外学者在微流体芯片温度测试和热控制方面进行了大量的研究.不管采用何种加热方式,加热板或者是芯片本身,都不能代表微流体芯片中流体本身的温度.本文提出一种微流体芯片中流体温度软测试技术,核心是利用比较容易测量的辅助变量(流体周围的芯片温度)来推断不可测的流体温度变量.通过构造辅助变量与流体温度变量数学映射关系,实现对流体温度的在线估计.根据微流体芯片中微流体传热机理分析,建立了微流体温度软测试数学模型,并用模拟试验验证了模型的正确性.     

数字化无阀微泵的泵送性能实验研究

研制出一种新型的基于微流体数字化技术的数字化无阀微泵，并对无阀微泵的泵送性能进行实验研究。该微泵泵送出的液体量微小、可控，可达纳升级。针对不同粘度液体，改进驱控参数，实现了连续流、离散流的泵送。实验验证了设计原理的正确性。     

微流体数字化技术制备基因芯片微阵列

采用以脉冲为微流动基本形态、脉冲当地惯性力为主动力的微流体数字化技术进行了基因芯片微阵列制备实验.在搭建的基于微流体数字化技术的基因芯片微阵列制备系统上,实验验证了脉冲点样系统参量(收敛角2θ、微喷嘴内径d、电压幅值U和驱动频率f)对样点直径和脉冲点样稳定性的影响规律.以实验规律为依据,提出了制备样点直径约为100 μ...     

数字化微喷射用直列微喷嘴制作工艺

为解决玻璃微管道拉制工艺制作的单孔微喷嘴存在容易脆断,微管道长度不易控制,微喷射效率低等问题,提出了一种新的微喷嘴制作工艺.该工艺延续了微喷嘴拉制工艺中非IC工艺和低成本的制作特点,仍以低流阻的圆截面为喷口形状,通过材料流变运动和冷却时收缩率不同,将多根微管道紧密嵌入到塑料管中;通过毛细腐蚀作用.制作出变内径的锥形管,并实现微喷管长度的控制.制作了内径50 μm的 4 孔微喷嘴和 lO 孔微喷嘴,锥管长为750 μm,微喷管长2.5mm.使用制作的微喷嘴在微流体数字化驱动平台上进行了水性液体在油相和气相中的微喷射实验,制备了 80 μm的微滴和微滴阵列.实验表明,该工艺制作的直列微喷嘴可以在微流体数字化驱动下实现较好的数字化微喷射效果.     

直列微喷嘴制作工艺及数字化微喷射实验

摘要：采用玻璃微管道拉制工艺制作的单孔微喷嘴存在着容易脆断,微管道长度不易控制,微喷射效率低等问题。为此设计了一种新的微喷嘴制作工艺,该工艺延续了微喷嘴拉制工艺中非IC工艺和低成本的制作特点,仍以低流阻的圆截面为喷口形状,通过材料流变运动和冷却时收缩率不同将多根微管道紧密嵌入到塑料管中;通过毛细腐蚀作用,制作出变内径的锥形管,同时也达到了控制微喷管长度的目的。制作了内径50μm的4孔微喷嘴和10孔微喷嘴,锥管长为750μm,微喷管长2.5mm。使用制作的微喷嘴在微流体数字化驱动平台上进行了水性液体在油相和气相中的微喷射实验,制备了80μm的微滴和微滴阵列。实验表明该工艺制作的直列微喷嘴可以在微流体数字化驱动下实现较好的数字化微喷射效果。     

微流体离散点样技术

提出一种制作高密度DNA微阵列的非接触式点样新方法。压电陶瓷低频微振动使得微流体产生均匀的离散和喷射；对微喷嘴内壁进行疏水化处理，从而消除微流体由于湿润作用在微喷嘴内部的自发性流动，使得微喷射具有数字化量可控的特征。通过微流体粘度控制、微喷射速度和微喷射距离的控制消除样点缺陷，获得了均匀的点样样点。通过微喷嘴几何尺寸控制和驱动频率控制获得从飞升到皮升级样点体积，可以用于制作高密度的微阵列。惯性力在微米尺度下仍然起主导作用，可以驱动微流体中微粒的移动，消除微喷嘴堵塞现象。     

Manufacturing of multi-functional micro parts by two-component metal injection moulding

Several metals and alloys can be used to enhance the mechanical and physical properties of micro parts and components for micromechanical, micro-chemical or sensor applications. Such parts can be produced in series by the powder metallurgical process of micro metal injection moulding (μ-MIM). This paper describes a novel manufacturing route for metallic multi-material micro components, two-component micro metal injection moulding (2C-μ-MIM). Similar to “two-colour” injection moulding of plastics, the process allows the integration of multiple functions in a micro part by simultaneously injecting and joining two materials in one mould. Net-shape parts with solid material interfaces are obtained. In this paper, the 2C-μ-MIM process is exemplified for the combination of a non-magnetic and a ferromagnetic stainless steel (316 L and 17-4PH). It is shown that intact material interfaces of less than 500×500 μm² can be achieved by careful selection and tailoring of metal powders, injection moulding and co-sintering parameters.     

UV-LIGA技术制作微型螺旋形加速度开关

微型加速度开关是用于空间飞行体中感受加速度并完成致动的重要惯性器件。本文采用UV-LIGA技术,结合SU-8厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术,制作了微型螺旋形加速度开关。研究了牺牲层工艺、SU-8光刻技术以及螺旋形弹簧形变控制等微细加工的工艺细节;分析了多种牺牲层材料的特性,优选了与工艺相适应的Zn牺牲层体系,解决了微结构易脱落的工艺问题。通过优化微电铸工艺来减小金属膜层的内应力,优化牺牲层释放工艺来避免腐蚀过程对弹簧膜结构的冲击。实验结果表明,通过工艺优化可得到平整的微型螺旋形弹簧—质量块结构,螺旋弹簧厚度为20μm,质量块厚度达200μm,本文的工作可为大批量、低成本地研制微型加速度开关提供工艺基础。     

微小型齿轮加工技术

微小型齿轮是微机电系统的主要零部件,其加工工艺是微机电系统的重要技术.总结并分析了微小型齿轮加工的各种工艺方法,包括LIGA和准LIGA、WEDM工艺、微塑性成形、微刻蚀加工、微细切削加工等方法,介绍了各种方法加工微小型齿轮的研究成果,并指出了其适用范围及优缺点.微细切削微小型齿轮的加工技术又分为微细成形铣削和微细滚削...     

典型微管道流场数值模拟与Micro-PIV检测研究

针对微流体器件中几种典型微管道进行了理论与试验研究,采用CFD流场仿真技术对压力驱动方式下90°折管、突然扩散管、弯管三种流道的流态进行数值模拟,重点介绍了电渗驱动的流场仿真技术,并以十字交叉微管道为对象进行电渗流场仿真;同时采用玻璃微加工工艺制造了上述四种微流道模型,并通过Micro-PIV技术对其相应条件下的流场进行试验测试,并定量对比与分析了仿真与试验结果,结论显示Micro-PIV是适合于微米级流场检测的最有效试验手段之一,同时通过试验也验证了N-S方程在微米级流场数值计算中是依然适用的。     

PCR生物芯片微加工技术的研究

聚合酶链式反应（PCR）在生命科学研究及诸多相关领域已经得到了广泛应用。PCR生物芯片是利用微加工技术制作的能够实现PCR扩增反应的微装置。文中给出了基于MEMS技术的PCR生物芯片的微加工技术及加工方法，特别对集成在芯片上的加热器及温度传感器的微加工方法进行了重点介绍，并对它们的特性进行了分析比较。最后预测了PCR生物芯片微加工技术的发展方向及要克服的主要难题。     

微流场可视化测速技术及其应用

介绍了一种针对微观流场检测数字粒子图像测速技术，通过添加荧光显微装置，改进激光入射与照明方式及聚焦平面控制，解决了微观检测的关键问题。对微流体器件中几种典型微管道进行了理论与试验研究，并定量对比与分析了仿真与试验结果，结果显示Micro—PIV是适合于微米级流场检测的有效试验手段。     

微型弯曲模制造

随着微机电系统技术的发展对微型制件需求的不断增长,以传统的微细加工方法成形微小制件难以满足微系统的应用要求,而用微型模具成形微小制件,具有生产效率高、制件质量稳定等优点,成为微成形加工领域的重要工艺发展方向。研究对实验所用的微型弯曲模进行了总体结构设计,得到了模具的装配图和零件图。在分析微细加工方法的技术特点的基础上采用微机械加工法加工模具,并在万能试验机上进行试验,试验表明,所冲制的弯曲件符合要求。     

微细球状电极制备研究

微细球状电极在精微加工、测量领域有很大的应用空间,为制备低成本、高精度微细球状电极,提出新的制备工艺,在微细电解加工机床上运用微细电化学刻蚀(Micro electro-chemical machining,micro-ECM)—单脉冲放电加工(One pulseelectro discharge,OPEG)组合技术制...     

导光均光微槽透镜阵列精密磨削及其热压微成型

薄壁LED照明依赖丝网印刷的微阵列导光板,但其表面油墨点阵易老化,且微结构很难优化。因此,在导光板表面设计出高斯分布的空间微槽透镜阵列,并采用数控微磨削技术对其进行加工,替代市面丝网印刷的2D微圆阵列。首先,用微光学原理模拟导光板导光效率和出光均匀度,优化微透镜阵列的形状、尺寸和分布。利用金刚石砂轮微尖端在PMMA导光板表面精密磨削出微透镜阵列,检测其导光效率及均匀性。最后,利用微磨削加工的微阵列成型钢模芯开发微透镜阵列的快速热压微成型工艺。微光学分析表明,微槽透镜阵列比微方形透镜阵列和微半球透镜阵列分别提高导光效率6%和15%。而且,微槽透镜阵列变间距高斯分布比等间距分布提高导光效率32%,提高出光均匀度73%。试验结果显示,微磨削可以控制微槽透镜阵列加工的表面质量和形状精度,应用于LED导光板后比丝网印刷的导光板提高导光效率7%和出光均匀度9%。此外,开发3 s的快速热压微成型工艺,可以加工出变间距和变深度的微槽透镜阵列,比丝网印刷的微圆阵列提高照度26%和出光均匀度49%。因此,微空间结构优化的微槽透镜阵列比丝网印刷的2D微圆阵列可附加出更高的微光学应用价值。