微流控芯片中液滴的阻抗检测研究

摘要

本文研制了用于液滴阻抗检测的微流控芯片。搭建了小型液滴阻抗检测仪，基于剪切法生成液滴，并对液滴内含物浓度、速度以及体积进行检测研究。本文主要内容包括:
　　建立了微流控芯片中液滴阻抗检测的理论模型。在液滴经过检测电极时，分析了液滴内部等效电路模型，并且给出了整个电路的阻抗计算公式;研究了液滴阻抗与液滴内含物浓度对应的关系。
　　制作了集成薄膜金属电极的液滴微流控芯片。利用模塑法制作了含液滴微通道的PDMS（聚二甲基硅氧烷）盖片;在玻璃底片上，基于MEMS剥离工艺制作了金属薄膜微电极;利用氧等离子对玻璃底片与PDMS盖片进行改性处理;使用自行研发的微装配装置对底片与盖片进行精确定位，最终实现两者的永久键合。
　　基于剪切法在微通道中生成液滴。采用流体聚焦法在十字交叉通道中生成液滴;利用COMSOL软件对液滴生成进行数值模拟，保证了液滴能够大量稳定生成;研究了玻璃通道表面修饰对液滴稳定生成的影响;分析了表面活性剂对油水两相之间界面张力的作用。
　　搭建了具有阻抗谱检测功能的液滴阻抗检测平台。利用所设计的液滴微流控芯片与自行搭建的检测实验平台对液滴的内含物浓度、速度以及体积特征进行检测研究。结合光学信号与电学信号，能够精确求得液滴的速度以及体积;对内含物浓度从5μmol/L到200μmol/L的液滴进行检测，分析输出电压与内含物浓度之间的对应关系，求出不同区间的液滴内含物浓度与其输出电压对应的线性方程与线性回归系数。

目录

论文说明

声明

摘要

1 绪论

1．1 液滴微流控芯片概述

1．2 研究现状

1．2．1 液滴生成与分类

1．2．2 液滴微流控电化学检测研究现状

1．2．3 液滴微流控光学检测研究现状

1．3 本文主要内容

2 液滴检测理论研究与电路设计

2．1 液滴无量纲参数

2．2 液滴生成的数值模拟

2．2．1 数值模拟参数设置

2．2．2 数值计算结果

2．3 液滴阻抗模型建立

2．4 液滴阻抗检测电路工作原理

2．5 本章小结

3 集成金属电极的液滴微流控芯片制作

3．1 薄膜电极的制作

3．1．1 剥离方案的选择

3．1．2 碳电极制作

3．1．3 白金电极的制作

3．1．4 白金电极制作具体工艺

3．2 PDMS芯片制作

3．2．1 SU-8模具的选择

3．2．2 SU-8模具的制作

3．2．3 PDMS芯片制作工艺

3．3 玻璃底片与PDMS芯片键合

3．3．1 表面改性机理研究

3．3．2 微装配装置键合芯片

3．4 本章小结

4 微通道表面修饰与液滴制备

4．1 玻璃微通道表面修饰

4．1．1 微通道表面修饰的背景与意义

4．1．2 表面修饰原理

4．1．3 修饰过程与结果

4．1．4 表面活性剂研究

4．2 液滴生成

4．3 本章小结

5 液滴检测实验与结果分析

5．1 建立液滴微流控芯片检测几何模型

5．2 检测平台搭建

5．2．1 设备搭建

5．2．2 电路的集成

5．3 液滴检测与结果分析

5．3．1 液滴体积的计算

5．3．2 液滴速度的计算

5．3．3 液滴内含物浓度的检测与分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢