玻璃-PDMS复合芯片微流控气动微阀的研制及性能研究

摘要

微流体控制技术是微流控分析(μ TAS)操作的核心,基于不同微致动力类型的微致动器应用于微流控分析领域,可构建微阀微泵对微通道内的液流进行控制.气动致动力是目前在μ TAS中得到应用的致动手段之一,利用气体压力驱动微阀对微流体进行控制,结构简单,性能可靠,适用范围广,易于集成化,目前已引起国内外众多业界学者的关注和研究.该文在近几年来μTAS领域有关气动微阀及微泵的研究报道基础上,提出了采用玻璃-PDMS复合芯片结构的气动微阀制作新方法,并采用紫外光照处理的方法,实现了玻璃盖片-PDMS薄膜-PDMS底片三层间的不可逆封接,制作了复合芯片气动微阀,通过聚四氟乙烯管完成了微芯片流路与外接气路、外接液路的可靠连接.在此基础上,进一步构建了气动微阀微流控实验系统,以Visual Basic语言自编了计算机控制程序,通过计算机并口信号对电磁两位三通气阀的控制,在外接气路中通过电磁两位三通气阀控制向芯片引入工作气流,实现了对外气路的有效控制,在外接液路中通过高位瓶引流向芯片引入试剂,并用CCD显微摄像动态观测的方法,研究了气动微阀的工作性能.研究结果表明,采用紫外光照处理封接加工制作的玻璃-PDMS复合式芯片,其封接强度可以满足气动微阀稳定工作的需要;采用复合芯片结构的气动微阀,既降低了芯片加工难度和成本,其整体刚性强度又得到大大提高,又加快了气动微阀的响应速度,并增强了芯片与外气路和外流路连接的可靠性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1微流控分析系统(μTAS)简介

§1.2μTAS系统中微阀的工作原理及应用

§1.2.1不同致动力类型的微阀工作原理简介

§1.2.2微泵工作原理简介

§1.3微阀微泵中的常用材料——PDMS

§1.3.1微流控分析芯片材料及PDMS应用简介

§1.3.2 PDMS微芯片加工工艺简介

参考文献

第二章玻璃-PDMS复合芯片气动微阀的加工及其性能研究

§2.1气动微阀及微泵的相关研究报道综述

§2.1.1气动微阀的研究报道

§2.1.2气动微泵的研究报道

§2.2玻璃-PDMS复合芯片气动微阀的设计与加工

§2.2.1复合式芯片气动微阀的设计思想

§2.2.2仪器与试剂

§2.2.3底层PDMS芯片的制作

§2.2.4中层PDMS薄膜的制作

§2.2.5上层玻璃盖片的制作

§2.2.6芯片的封合

§2.3气动微阀系统的计算机控制接口和控制程序的设计

§2.3.1气动微阀系统的硬件控制接口

§2.3.2气动微阀系统的程序控制

§2.4气动微阀系统的构建及性能研究方法

§2.4.1微阀体系的建立

§2.4.2气动微阀系统的性能研究方法

§2.4.3气动微阀工作情况的观察

§2.5实验结果讨论

§2.5.1 PDMS与玻璃封合情况的考察

§2.5.2液流通道宽度对截断压力的影响

§2.5.3液流通道内流体压力对截断压力的影响

§2.5.4自制PDMS薄膜与商业PDMS薄膜的对比

§2.5.5实验结论以及对气动蠕动微泵加工设计的展望

参考文献

致谢