聚合物微流控芯片荧光增强微透镜阵列研究

摘要

基于激光诱导荧光检测技术的微流控系统广泛应用于临床诊断、环境检测及生物战剂检测等生物化学检测领域。由于微流控系统中检测样本较少，导致诱导荧光强度较弱和灵敏度较低。为了增强微流控荧光检测系统中的检测强度和灵敏度，本文设计并制作了一集成有微透镜阵列的微流控芯片。
　　本研究主要内容包括：⑴基于费马原理和经典几何光学理论，推导了处在非均匀介质中的双球面微透镜的物像关系。以双球面微透镜的物像关系为基础，使微透镜的一个球面曲率半径趋近于无穷大，推导出平凸微透镜的物像关系，进而推导出平凸微透镜的前顶焦距、后顶焦距。另外，介绍了光刻胶微透镜的设计方法，分析了热熔前后的形状变化。⑵设计制作了不同尺寸的PDMS微透镜阵列，并研究了光刻胶微透镜的成型机理。首先，采用光刻技术和光刻胶热熔技术在硅基底上制备光刻胶微透镜阵列；其次，采用浇注技术以光刻胶微透镜阵列为模具制备PDMS弹性印章；然后，以PDMS印章为模具，浇注PDMS制备PDMS微透镜阵列。研究了光刻胶微透镜的热熔工艺：当温度在120℃和150℃之间时，光刻胶圆柱的高度随着温度的增大而升高，由火山型逐渐转化成球面型；热熔处理之后，光刻胶底端直径收缩了5%。研究了光刻胶圆柱的深宽比和光刻胶微透镜的弦切角度之间的关系。光刻胶微透镜的热熔角度随着光刻胶圆柱的深宽比的增大而增大。但是，当深宽比小于0.04时，不可以成型光刻胶微透镜。⑶制作集成有微透镜阵列的PDMS微流控芯片，使用FITC荧光染料检测微透镜阵列的光学性能。用倒置荧光显微镜获取荧光图片，经过MATLAB软件图像处理获得荧光强度。研究了荧光强度与FITC浓度的关系，以及在微透镜相同的情况下，充填因子对荧光强度的影响。荧光强度随着浓度的升高而线性增强。但是，当浓度大于10μmol时，荧光强度不再变化。并且，相对无透镜处，透镜处的荧光强度和灵敏度增强了约220%。荧光强度随着充填因子的增大而增强。

目录

声明

1 绪论

1.1 微流控荧光检测

1.2 微透镜阵列的研究现状

1.3 目前存在的问题

1.4 本文的主要研究内容

2 微透镜阵列的结构设计

2.1 基本原理

2.2 本章小结

3 微透镜阵列制备

3.1 实验设备与材料

3.2 PDMS微透镜阵列的制作流程

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4. 基于微透镜阵列的微流控芯片荧光增强检测

4.1 实验设备及材料

4.2 集成有微透镜阵列的微流控芯片制作流程

4.3 实验平台

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢