PDMS微流控芯片的制作及其在pH传感器中的应用研究

摘要

pH的测量与当代工农业、生物工程、环境科学等研究领域关系密切，在工业废水中的需求尤为显著。然而现有的pH传感器大多还是采用取样的方式，对随时变化的工业废水的pH检测相对滞后，不能实时反应溶液酸碱性的变化，不能在第一时间控制污染造成的损害。微流控芯片系统是以微管道组成网络，可控流体贯穿整个体系，可以满足实时监测管道中的流体的需求。聚二甲基硅氧烷(PDMS)成本低，透光性好，是当前常见的制备微流控芯片的聚合物材料。针对需要对随时变化的工业废水进行检测，本文建立了一个具有pH传感功能的PDMS微流控芯片系统，可以实时、在线监测污水的pH值的波动。主要内容包括:
　　制作出了具有pH传感功能的基片。通过聚合物物理包埋法来固定pH指示剂，分别研究了不同指示剂的选择、pH传感膜在PDMS基片上的固定方法和吸附机理，以及指示剂溶液中聚合物的含量对基片pH传感性能的影响，确定了最佳参数。
　　制作出了带有微通道的PDMS盖片，并完成基片和盖片的封接。用模塑法完成PDMS盖片的制作，微通道的尺寸为25mm×5mm×0.9mm;对具有pH传感功能的基片表面结构进行了设计，将其分为两部分:传感区和检测区，尺寸分别为15mm×5mm和10mm×5mm;分析了氧等离子体改善PDMS表面疏水性的原理，用氧等离子清洗机完成对盖片和基片的键合。
　　完成整个系统的搭建和调试。搭建光电转换电路，用静态的不同pH值的缓冲液和指示剂的混合溶液对电路完成测试，可以对设定的阈值进行报警，并且阈值可调。组建具有pH传感功能的微流控系统，包括具有pH传感功能的PDMS微流控芯片、注射泵、光电转换电路等模块，完成了整个系统性能的初步测试和分析。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 微流控芯片概述

1．2 微流控芯片的材质及制作技术

1．2．1 微流控芯片材质介绍

1．2．2 高分子聚合物微流控芯片的制作技术

1．3 微流控芯片检测技术

1．4 光化学pH传感器

1．4．1 光化学pH传感器研究现状

1．4．2 pH指示剂的固定方法

1．5 本论文主要工作

第二章 pH传感基片的制备

2．1 引言

2．2 实验仪器与试剂

2．3 实验部分

2．4 实验分析

2．5 本章小结

第三章 PDMS微流控芯片的制作

3．1 PDMS结构及性能

3．2 实验仪器与试剂

3．3 带微通道PDMS盖片的制作

3．3．1 阳模设计

3．3．2 实验步骤

3．4 pH传感基片的制作

3．4．1 pH传感区域结构设计

3．4．2 实验步骤

3．5 基片与盖片的键合

3．5．1 PDMS表面接触角

3．5．2 等离子体表面处理

3．5．3 键合成型

3．6 本章小结

第四章 基于PDMS微流控芯片的pH传感系统的测试

4．1 系统模块介绍

4．2 电路测试

4．3 系统测试

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

研究生期间的学术成果