PMMA微通道制备技术及在船舶压载水检测中的应用

摘要

微流控芯片在生物检测、化学分析、医学工程等领域有着广阔应用的前景，微通道的制作则是微流控芯片技术的基础。目前微米通道的加工方法，成本高、生产效率低、不适合芯片批量生产。为此，本文选取价格低廉、易于加工、生物兼容性良好的有机玻璃(PMMA)作为微通道的制作材料。
　　本文采用CO2激光刻蚀法对PMMA基片进行加工刻蚀微通道，分析激光雕刻参数对微通道尺寸的影响，选用所能加工出宽度最小的PMMA基片微通道制作窄通道。设计并制作PMMA微通道夹具，对处于高弹态温度区间内的PMMA微通道进行垂直微通道方向上的单轴压缩，研究PMMA基片单轴压缩的微通道宽度变化和温度、夹具压缩压力以及微通道相对于夹具压缩面位置的关系，制作PMMA窄通道。并用ANSYS有限元分析PMMA在夹具内的单轴压缩以获得PMMA变形量分布和微通道宽度变化情况。
　　PMMA微流控芯片的制作通过热压键合的方法，对刻蚀有微通道的PMMA基片和盖片在一定温度和压力下完成键合，实现PMMA微流控芯片的封装。对润湿和未润湿PMMA微流控芯片进行不同时长的密封遮光常温保存，研究经过储存的PMMA微流控芯片是否仍具有良好的润湿性，以及PMMA芯片微通道宽度的变化情况，为PMMA微流控芯片绿色广泛使用提供实验基础。
　　针对目前船舶压载水中藻类检测，在PMMA微通道单轴压缩和聚合物微流控芯片微藻检测的基础上，通过PMMA基片配合盖片压缩热压键合的方法，本文制作了基于电阻脉冲（RPS）检测原理的PMMA微流控芯片，芯片微通道上设有RPS检测区，选取船舶压载水中常见的海水小球藻、亚心形扁藻和海洋原甲藻作为实验检测目标，Labview程序检测颗粒通过检测区时产生的RPS信号，能够有效实现对藻类颗粒的连续计数检测。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 微流控芯片

1．1．1 微流控芯片通道的制作材料

1．1．2 微通道的制作方法

1．1．3 微流控芯片的研究现状

1．2 PMMA力学性能研究现状

1．3 微流控芯片在船舶压载水检测中的应用

1．4 研究目的及内容

第2章 PMMA微通道加工制作

2．1 有机玻璃PMMA

2．1．1 有机玻璃PMMA的性能

2．1．2 有机玻璃PMMA的加工工艺和工艺特性

2．2 激光刻蚀PMMA微通道

2．2．1 激光雕刻机激光产生原理

2．2．2 激光雕刻机主要工作参数

2．2．3 CO2激光雕刻机的工作原理

2．2．4 激光雕刻PMMA结果及分析

2．3 本章小结

第3章 PMMA窄通道制作及热压工艺

3．1 PMMA窄通道制作可行性分析

3．1．1 有机玻璃PMMA的性能

3．2 微通道夹具的设计及工作原理

3．3 PMMA微通道单轴压缩

3．3．1 PMMA微通道单轴压缩原理

3．3．2 PMMA微通道单轴压缩实验步骤

3．3．3 PMMA微通道单轴压缩结果分析

3．3．4 实验结果分析

3．4 PMMA芯片热压工艺

3．4．1 PMMA芯片热压原理

3．4．2 PMMA热压工艺参数

3．4．3 PMMA芯片热压工艺过程

3．4．4 PMMA芯片热压结果

3．4．5 PMMA微流控芯片的时效性分析

3．5 本章小结

第4章 基于ANSYS的PMMA单轴压缩有限元分析

4．1 模型的建立

4．1．1 PMMA材料的属性

4．1．2 几何模型的建立

4．1．3 区域网格划分和计算

4．2 PMMA单轴压缩有限元分析

4．2．1 PMMA变形量分布分析

4．2．2 PMMA微通道宽度变化分析

4．3 本章小结

第5章 PMMA微流控芯片对船舶压载水中藻类检测

5．1 检测实验系统介绍

5．1．1 RPS原理介绍

5．1．2 检测实验系统设计

5．2 PMMA微流控芯片的设计

5．3 PMMA微流控芯片的制备

5．3．1 PMMA基片配合盖片压缩热压封接

5．3．2 PMMA基片配合盖片压缩热压封接实验

5．3．3 PMMA基片配合盖片压缩热压封接实验结果分析

5．3．4 PMMA检测芯片的制作

5．4 藻类的培养

5．4．1 藻类的选取

5．4．2 藻类的培养

5．5 PMMA芯片实验检测的实验步骤

5．6 PUMA微流控芯片检测结果分析

5．6．1 海水小球藻实验的检测结果

5．6．2 亚心形扁藻的实验检测结果

5．6．3 海洋原甲藻的实验检测结果

5．6．4 藻类实验检测结果分析

5．7 本章小结

第6章 结论和展望

参考文献

致谢

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