新型声学体波芯片的制备研究

摘要

由于微机电加工技术(MicroElectrical-Mechanical System,MEMS)的飞快发展，微流控技术的研究也开始得到大家广泛的关注。在这最近的三十年里，基于微加工的微流控芯片已经在物理、化学、生物等领域展示很好的应用前景。微流控芯片由于它具有小型化和易于集成的特点，使得样品的检测，控制和分析多种功能在一个硬币大小的芯片上面完成成为可能。与传统的技术比较，这种被称为芯片实验室(Lab-on-a-chip，LOG)的技术大大缩小了器件的尺寸，减少了样品的用量，降低了实验成本。所以在生物分析和检测、化学合成、药物递送等领域非常受欢迎。 声学微流控芯片由于它具有小型、灵敏度高、生物兼容性高、集成性高、无接触等优势受到了广泛关注，成为了现在研究的热点之一。而我们的声学体波芯片由于还有大通量、制备工艺成熟的优势，在微粒操控领域已经展示了很好的应用前景，但是制备难度较高。 本论文中我们主要利用微加工技术与压电声学材料制备出传统的声学体波微流控芯片，并结合交流信号输入，压电材料特性，声波操控手段不断测试和优化芯片性能，实现微米级粒子的精确操控、富集和分离。接下来基于硅胶键合层制备新型的体波芯片。这种芯片制备容易、价格低廉、安全，通过测试，我们证明了我们新型体波芯片的可行性，并结合仿真模拟和实验结果与传统芯片进行了比较，分析了改进型芯片的优势和不足。 具体的工作内容可以分为以下几个方面: 1.基于已有的实验条件和我们实验的目的，我们制备出能够产生稳定声学物理场的传统体波微流控芯片。通入二氧化硅微球模拟实验样本，我们在声学微流控芯片上实现微粒操控、富集和分选。通过调控输入信号的大小、信号源频率以及液体的流速等因素来优化实验效果。 2.通过旋涂一层PDMS薄膜作为键合层，我们制备出新型、简易、低成本的声学体波芯片，通过优化实验参数，这种三明治结构的芯片实现高纯度的粒子富集。 3.结合实验结果和仿真软件模拟结果，我们将改进型体波芯片和传统体波芯片进行比较，分析改进型体波芯片的优势和不足。 最后通过与实验优化，我们在一个很小输入功率21dBm，流速1ml/h的条件下实现了硅球富集效率大于97％。

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摘要

第一章绪论

1．1微流控芯片技术

1．2微流控常见的微粒／细胞操控手段

1．3压电效应与压电材料

1．3．1 L iNbO3

1．3．2 PZT

1．4声学操控技术基础

1．4．1声表面波操控技术

1．4．2声学体波操控技术

1．5课题的选择与背景

第二章声学微流控芯片的制备基础

2．1光刻技术

2．1．1光刻

2．1．2软光刻

2．2电感耦合等离子体(ICP)刻蚀

2．3硅片的湿法腐蚀(KOH)

2．4阳极键合

第三章声学体波芯片的制备研究

3．1传统体波芯片的制备

3．1．1试剂和材料的准备

3．1．2芯片的制备与测试

3．2新型体波芯片的制备

3．2．1试剂和材料的准备

3．2．2芯片的制备与测试

3．2．3模拟仿真与对比

第四章总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢