新型和高通量电阻脉冲微粒检测技术研究

摘要

开展微流控芯片上颗粒电阻脉冲检测和计数技术研究在船舶污染物检测以及基于油液的船舶动力装置故障诊断等多个领域具有广阔的应用前景，可以有效解决现有的颗粒计数领域面临的现场快速检测难的问题。
　　本文从提高颗粒检测信噪比以及提高检测通量两大方面，开展了新型和高通量微流控芯片电阻脉冲微粒计数技术研究。主要研究内容有:
　　1)搭建了Cu-Zn原电池恒流源微流控芯片颗粒检测系统，推导获得了恒流源式检测系统的信号幅值随颗粒和检测通道尺寸及施加电流的变化关系，并实验验证和对比分析了恒压源与恒流源式检测系统的精度。研究表明:Cu-Zn原电池恒流源微流控芯片可以产生稳定的电流，比传统的恒压源信噪比高。
　　2)提出了采用超纯水流动聚焦来提高检测信号信噪比的电阻脉冲微粒检测方法，设计了微流控芯片，数值模拟研究了不同电渗流聚焦条件下的聚焦宽度及信号幅值情况，并进行了实验验证。研究结果表明:纯水聚焦可以明显提高检测信噪比，可实现粒径更小颗粒的检测。
　　3)提出了采用公共参考微通道来实现高通量差分电阻脉冲微粒计数的方法，并设计了微流控芯片，实验研究了有无参考通量情况下检测信噪比差异，高精度的检测2μm颗粒，以及测试本实验系统的总通量。研究结果表明:高通量差分微流控芯片可以实现颗粒高精度高通量检测。
　　本文的研究在提高电阻脉冲微粒检测技术的检测精度和检测通量上有较大进步，对于拓展RPS颗粒计数技术的应用范围，以及发展功能各异的便携式颗粒全自动计数设备具有一定的参考意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 船舶压载水公约要求下的生物计数

1．1．2 水中油份浓度检测

1．2 开发微流控芯片颗粒检测技术的必要性

1．2．1 微流控芯片颗粒计数现状研究

1．2．2 颗粒电阻脉冲检测理论

1．2．3 微流控电阻脉冲检测技术的发展现状

1．3 论文研究目的及内容

第2章 新型恒流源电阻脉冲颗粒计数技术研究

2．1 引言

2．2 恒流源微流控芯片与差分信号检测

2．2．1 恒流源微流控芯片

2．2．2 微流控芯片差分信号检测

2．3 实验方法与内容

2．3．1 微流控芯片的设计与加工

2．3．2 检测系统搭建

2．3．3 实验内容

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 恒流源电流随时间变化情况

2．4．2 检测信号随Zn电极面积变化情况

2．4．3 恒流源与恒压源系统信噪比分析

2．5 本章小结

第3章 新型流动聚焦高精度电阻脉冲颗粒检测技术研究

3．1 引言

3．2 检测原理及性能分析

3．2．1 流动聚焦检测原理

3．2．2 电驱动聚焦数值模拟分析

3．2．3 差分检测等效电路分析

3．3 实验方法和内容

3．3．1 微流控芯片设计与加工

3．3．2 检测系统搭建

3．3．3 实验内容

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 流场聚焦效果研究

3．4．2 颗粒检测信噪比研究

3．5 本章小结

第4章 高通量差分微流控芯片颗粒计数研究

4．1 引言

4．2 高通量颗粒计数与差分检测

4．2．1 差分等效电路分析

4．3 实验方法与内容

4．3．1 微流控芯片设计和加工

4．3．2 检测系统搭建

4．3．3 实验样品制备

4．4．4 实验程序

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 检测精度实验

4．4．2 检测通量实验

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介