粒子连续分离介电泳微流控芯片的研究

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2、师的指导下，独立进行研巧巧取得的巧果。除文中已经注巧引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明痛方式标明。本黄明的法律责任由本人承担。论文作者签名：＾曰期：＾婦年啤吗关于学位论女使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的巧定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件②学校可；ａ采用彩印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学

3、位论文被查閱或借阅；④学校可１＾（学术交流为目的，复制说送和交换学位论后文进；⑤学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密签守此规定）。＂名：＾的日期：哥引同＾导师签名：７日期：－气图书分类号TH79密级非密UDC621.3全日制工程硕士学位论文粒子连续分离介电泳微流控芯片的研究方明校内指导教师（姓名、职称）孙东教授谭秋林教授校外指导教师（姓名、职称）明安杰副研究员申请学位级别全日制工程硕士所在领域（研究方向）仪器仪表工程论文提交日期2016年5月24

4、日论文答辩日期2016年5月26日学位授予日期2016年月日论文评阅人熊继军张校亮胡杰答辩委员会主席王建新2016年5月24日中北大学学位论文粒子连续分离介电泳微流控芯片的研究摘要介电电泳技术利用交流电场对粒子的极化实现对粒子的分离、富集等操作，常规介电电泳对粒子的分离之后的收集过程较为复杂，且消耗时间长。本文以介电电泳和微流芯片中的流体流动为基础，对粒子在介电电泳芯片芯片的受力进行分析，设计了集成倾斜阵列叉指电极的介电泳微流控芯片，以实现细胞的连续分离，为快速制备细胞样品奠定基础。本文主要研究

5、内容包括以下方面：首先对介电电泳粒子分离的理论进行研究，由球形粒子的偶极矩推导出粒子所受介电泳力的表达式，总结粒子所受介电泳力大小的影响因素。采用同心球壳模型对聚苯乙烯微球，NB4细胞以及酵母菌细胞三种不同类型粒子频率响应特性，研究粒子所受介电泳力类型与交流信号频率、溶液电导率之间的关系。分析粒子在介电泳芯片中的受力，对粒子的运动情况进行分析。其次，根据粒子在介电泳芯片中的受力，设计粒子连续介电泳芯片的结构，在芯片中布置倾斜阵列叉指电极，将介电泳力与流体水动力相结合实现对粒子的操作，建立芯片的数

6、学模型，利用ComsolMultiphysis软件对芯片内部电场、介电泳力进行仿真分析，优化介电泳芯片的电极和微流通道的参数。根据介电泳芯片的功能，选择微电极和微流通道的材料，利用光刻工艺在ITO玻璃上加工出微电极结构，模塑法制作出PDMS微流通道，最后键合成完整的介电泳芯片。最后，利用制备的介电泳芯片在介电泳实验平台上进行粒子分离实验研究。以聚苯乙烯微球和酵母菌细胞为实验对象，优化交流信号的大小及频率，并对二者进行介电泳分离实验。分析注射泵速率对粒子轨迹的影响，优化流体的流速。采用倾斜阵列叉指

7、电极对NB4和酵母菌细胞进行分离，酵母菌细胞受到正介电泳力和流体水动力的作用而发生偏转，沿电极倾斜方向运动，NB4细胞受到的介电泳力较小，未发生偏转，沿通道流出，二者实现了分离，验证了本文所设计的介电泳芯片对粒子实现连续分离的可行性。关键词：介电电泳，流体水动力，微流控芯片，粒子分离，Comsol中北大学学位论文ResearchofDielectrophoreticMicrofluidicChipforContinuousParticlesSeparationAbstractDielectrop

8、horesistechniquesuseACelectricfieldtomakeparticlespolarizedfortheseparationandconcentrationofparticles.ThecollectionprocessofparticlesafterparticlesseparationbasedonconventionalDEPismorecomplicated,andtheconsumptiontimeislonger.Inthispaper,theforceac