微流控芯片流体动态观测平台及实验研究

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1、大连理工大学硕士学位论文微流控芯片流体动态观测平台及实验研究姓名：陈阳申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：刘冲20040301摘要微流控芯片是现代分析科学的前沿技术，是微全分析系统(uTAS)的主要研究方向，将对生命科学、环境科学、医学和化学等领域带来革命性的影响。自从1995年加州大学伯克利分校在微流控芯片上实现高速DNA测序以来，它已经成功应用于氨基酸、蛋白质、细胞、药物、微量元素的检测中，显示出了巨大的应用潜力。同时，微流控芯片技术的发展不过短短十几年的时间，现在还是处于研究的初级阶段，它的应用水平领先于人们对其流动机理的认识水平。借

2、鉴国内外研究方法和方向，本文采用可视化方法来获取表现微流控芯片流动机理的参数，通过实验验证了电渗流的基本理论，研究了微沟道几何参数对电渗流的影响，为进一步深入研究芯片沟道中流体的输运机理提供了条件。针对大连理工大学研制的微流控芯片的特点，本文分析和讨论了应用可视化技术建立微流控芯片的动态观测平台的主要矛盾和关键因素，对uPIV实验平台的参数进行了推导和确定，建立了uPIV动态观测平台，可以用微粒子测速和激光诱导荧光方法来研究其芯片沟道中流体的运动特性，在Matlab上检验了互相关算法了在流场分析中的正确性。在该平台上进行了维生素B2和荧光素钠的诱导荧

3、光实验。本文在研究电渗流和微流控芯片的伏安特性的基础上，完善了十字形芯片的电阻等效模型，分析了沟道长度、宽度、电流、电场强度和电渗流之间的相互影响；分别用电导法和图像测速法对芯片中流体的运动速度进行了测量，计算了芯片在硼砂缓冲溶液中的电渗流淌度；为了确定沟道几何参数对电渗流的影响，设计了不同宽度的单沟道芯片，对流速进行了测量，结果表明宽度对电渗流的影响是非线性；在双T形芯片上进行了悬浮进样、夹流进样和门进样三中进样方式的仿真和实验；设计了微流控芯片高压电源的控制程序，增加了冲样过程，有效地抑制了样品分离中泄漏问题。在实验的过程中，本文规范了基本实验步

4、骤，尽量减少了非相关因素的影响，并给出了进一步深入研究的方向。关键词：微流控芯片；可视化；uPIV；电渗流；进样；泄漏AbstractMicroHuidicchipisoneofthefrontsofmodernanalysissciences．AsallimportantandfastdevelopingcomponentofuTAS，itwillbringUSdramaticadvancesthroughitspromisingapplicationinthelifescience，envLronmentscience，medicinescien

5、ceandchemistry．SinceBerkeleyinstituterealizedhi出一speedDNAsurveyinthemicrofluidicchipin1995，ithavebeenappliedsuccessfullyinthedetectionofaIr／Jnoacid，protein，cells，drugsandtraceelements．Theseapplicationsdisplaythegreatpotentialinthecomingfuture．WMleitsdevelopmentisashorthistoryof

6、tensofyears．thechips’basicresearchonflowmechanismdropsfarbehinditsapplicationresearch．Usingasareferenceofthedomesticandinternationalresearchinterest，thisthesisappliesflowvisualizationtoachievetheinternalparametersofflowinthechips．Throughtheexperimentsitisfoundthattheelementalth

7、eoryofelectro—osmoticflowisappropriateinthemicrofluidicchipexceptthegeometryfactors’nonlineareffect．BasingonthecharacteristicsofthemcirofluidicchipsmanufacturedintheMSTcenterofDUT．thiSthesisdiscussesthemaincontradictionsandkeyfactorsintheimplementofvisualobservationpiafforln．Af

8、terthecalculationandtraditiontheuPⅣexperimentsystemiss