电化学检测的pmma集成毛细管电泳芯片制作工艺研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究姓名：朱学林申请学位级别：博士专业：核技术及应用指导教师：田扬超20060401摘要电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片是在常规毛细管电泳(CapillaryElectrophoresis，CEl原理的基础上，利用现代微细加工技术在平方厘米级大小的芯片上制作出微流体管道和其他功能单元，通过不问的微管道、反应器、检测单元等模块的设计和布局，实现检测物的进样、反应、分离和检测等目的，是一种具有多功能化、高效、快速、低耗和便携等特点的微型实验装置。本文首先对集成电泳芯片进行了模拟分析和结构设计

2、，在此基础上对毛细管电泳原型样机的加工制作进行了研究，随后对芯片的批量化制作技术进行了深入的研究，并利用芯片进行了样品分离和检测。论文主要的工作包括以下几个部分：1)对电化学检测的集成毛细管电泳芯片的结构分析和设计进行了深入研究。设计了芯片的基本结构；对微流体的特性进行了分析和模拟，研究了不同微管道图形单元对微流体的影响；研究了双电层EDL对微管道内部电场分布的影响；研究了在外加驱动电压下，微管道内部电场分布的特点；获得了较好的毛细管电泳电动进样控制方案。根据芯片检测需求和实际加工工艺的特点，对微流体管道进行了几何设计。最后设计了电化学检测电极体系。2)论文研究了基

3、于SU8光刻胶和PMMA的毛细管电泳芯片样机的加工制作方法。该方法通过直接光刻得到SU8光刻胶微管道，代替了批量化制作工艺中的UV-LIGA工艺。利用lift．off工艺制作了微电极、最后通过真空热压键合技术成功地进行了芯片封装。实现了快速制作高质量电泳芯片样机。3)研究了芯片的批量化制作工艺方法。对UV-LIGA工艺中的光刻和微电铸进行了改进和优化，并应用于毛细管电泳芯片微管道的加工制作；利用lift—off技术制作了金薄膜微电极，实现了电极的制作和集成；利用PM2vIA表面改性键合技术对PMMA电泳芯片进行了键合封装，获得了较高的键合强度，提高了芯片的封装质量。

4、4)论文研究了PMMA常规热压键合法，对常规热压键合中的温度、压力等因素对键合强度以及微细结构图形的影响进行了深入的考察，优化了键合工艺参数；另外针对PMMA热压键合法的键合强度不高的特点，发展了利用MMA对PMMA表面改性的热压键合方法，在低温和低压下实现较高的键合强度。5)建立了电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片的检测平台，通过等离子体处理改善了微管道内表面的润湿性，实现了毛细管电泳微管道的初始进样。测试了电化学检测微电极的伏安特性。并对抗坏血酸和尿酸混合样品成功地进行了分离与检测。结果表明，所制作的电化学检测的PMMA集成毛细管电泳芯片具有一定的实际应用价

5、值。StudyontheFabricationofPMMAMicrochipofCapillaryEIectrophoresiswithElectrochemicalDetectionAbstractPMMAmicrochipofcapillaryelectrophoresiswithelectrochemicaldetection(CE—ECDchip)istheintegratedchiptoachievethesampleinjection，reaction，separationanddetection，withunitssuchasmicro．charmel

6、s，reactchambers，detectionunits．andetc．CE．ECDchipwasfabricatedusingMEMStechnologies．basedont11etheoryofcapillaryelectrophoresis．TheCEchiphasmanyadvantagessuchasremarkablesensitivity,inherentminiaturization．portability,lowcost．fastdetectionandetc．Inthisthesis．ttlestructureanddesignofCE—E

7、CDchipwerefirstinvestigated．theftthemassproductionofCE．ECDchipswasstudied．atlastthefabricatedchipsweretestedthroughtheseparatingofcombinedsamples．Themainworkandirmovationsaredescribedasthefollowing：1、Thestructureofthecapillaryelectrophoresischipwasfirstanalyzedanddesigned．Thecharacte