化学发光检测PMMA微流控芯片研究

摘要

微流控芯片是微全分析系统（μ-TAS）中当前最活跃的领域和发展前沿。近年来，人们在微流控芯片的研究中已经取得了很大进展，研制出多种微型化、集成化的芯片。相比之下，与微流控芯片配套的高灵敏度、低成本、小体积的光学检测系统的研制却相对落后。目前大多数微流控系统使用注射泵和蠕动泵作为流体控制器件，成本高、携带不便，本课题将无阀微泵作为功能元件集成到检测系统中，用于芯片的前处理和流体控制，简化手动操作的复杂性，发挥了无阀微泵体积小、重量轻、易集成、成本低等优势。这一研究为微流控器件的应用进行基础性的初步探索，为研制低成本、操作简单、便于携带的小型化微流控芯片检测器提供技术借鉴及思路。
　　本文基于扩散口/喷嘴原理，设计制作了三种类型的无阀微泵，并对其输出特性进行了详细研究。针对微泵在微流控分析系统中的不同用途进行选择，确定驱动参数。采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为材质制作微芯片，使用自制微泵实现芯片的快速预处理及清洗，简化了复杂的手动操作，提高了分析效率。在简单十字型芯片的基础上改进化学发光检测芯片的结构，研制出采用电渗流和微泵驱动两种液流控制方式的芯片样品。设计了以光电倍增管为光电检测器的光学检测电路，建立化学发光检测系统。在该检测系统中，被测样品氨基酸通过电渗流控制，化学发光试剂由自制微泵输送。通过对芯片结构和微泵流量的优化，采用鲁米诺-过氧化氢化学发光体系实现了氨基酸的检测，验证了整体系统设计的合理性和实用性，并为下一步研究工作奠定了基础。

目录

化学发光检测PMMA微流控芯片研究

RESEARCH ON PMMA MICROFLUIDIC CHIP WITH CHEMILUMINESCENCE DETECTION

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 微流控芯片及其发展概况

1.2.1 微流控芯片概述

1.2.2 国内外研究进展

1.3 微流控芯片的检测方法

1.3.1 质谱检测

1.3.2 电化学检测

1.3.3 光学检测

1.4 微流控芯片检测系统存在的问题

1.5 本课题研究目的及主要研究内容

第2章 微流控芯片化学发光检测基本理论

2.1 化学发光基本原理

2.2 芯片电泳基本理论

2.2.1 电泳

2.2.2 电渗

2.3 微流控芯片的进样方式

2.4 微流体的控制与驱动

2.4.1 电渗驱动

2.4.2 微泵驱动

2.5 本章小结

第3章 微流控芯片用微型无阀泵的研制

3.1 无阀微泵的设计

3.1.1 压电驱动

3.1.2 扩散口/喷嘴设计

3.2 无阀微泵的制作

3.2.1 结构参数

3.2.2 制作工艺

3.3 无阀微泵输出特性的测试与分析

3.3.1 出口流量与驱动参数的关系

3.3.2 输出压力与驱动参数的关系

3.4 本章小结

第4章 化学发光检测系统研制

4.1 芯片制作

4.1.1 芯片结构设计

4.1.2 芯片制作工艺

4.2 芯片的预处理及芯片性能评价

4.2.1 芯片预处理

4.2.2 芯片性能评价

4.3 光电检测电路的设计

4.3.1 光电检测器的选取

4.3.2 光电转换电路的设计

4.4 化学发光检测氨基酸

4.4.1 实验仪器

4.4.2 药品和试剂

4.4.3 溶液的配置

4.4.4 液流控制方式

4.4.5 检测过程

4.4.6 结果与讨论

4.5 本章小结

结 论

参考文献

附录 微泵测试数据

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢