自驱动微流控芯片设计与加工及病原体检测应用

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1、ＳｏｕｔｈＣｈｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｉｙｇｙ硕士学位论文自驱动微流控芯片设计与加工及病原体检测应用作者姓名苏洪华学科专业机械制造及其自动化指导教师谢晋教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期２０１８年４月Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇａｎｄａｌｉｃａｔｉｏｎｉｎａｔｈｏｅｎｐｐｐｇｄｅｔｅｃｔｌ－ｉｏｎｏｆｓｅｆｄｒｉｖｉｎｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｃｈｉｇｐＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ

2、ＳｕｂｍｉｔｔｅｄｆｏｒｔｈｅＤｅｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｇＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＳｕＨｏｎＨｕａｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸｉｅＪｉｎＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｕａｎｚｈｏｕＣｈｉｎａｇ，分类号：ＴＧ７学校代号：１０５６１学号：２０１５２０１００７２４华南理工大学硕士学位论文自驱动微流ｔｅ芯片设计与加工及病原体检测应用作者姓名：苏洪华指导教师姓名、职称：谢晋教授申请学位级别：工

3、学硕士学科专业名称：机械工程研究方向：微流控芯片设计与制造论文提交日期：２０１８年４月１３日论文答辩日期：２０１８年５月２８日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：姚锡凡委员：李伟光、谢晋、刘其洪、刘亚俊华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宄所。取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡

4、。献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。：必作者签名：名、；日期以沒年月＜日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位一论文

5、。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。＇本学位论文属于：□保密，（校保密委员会审定为涉密学位时间：年月日）于＿＿＿年月日解密后适用本授权书。＿＿Ｖ不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。上相应方框“”（请在以内打Ｖ）？？必作者签名？苽谈嗶＾曰期？‘指导教师签名：日期Ｌ呱％作者联系电话：电子邮箱

6、：联系地址（含邮编）摘要微流控芯片可促进病原体检测系统微型化，其表面微流道制造主要依赖于光化学刻蚀和激光加工，但是，分别存在腐蚀液回收困难和能耗高的问题，而且，微流道加工表面质量难控制。因此，在前期开发高精度的金刚石砂轮微尖端的基础上，提出在数控精密磨床上实现石英玻璃微流道的精密光滑磨削加工，进而，面向产业化研制出微流道成型模芯，实现ＰＭＭＡ微流道芯片的快速热压印成型，应用于病原体的快速检测。首先，在石英玻璃和ＰＭＭＡ基板上设计并磨削出微流道结构，研制出病原体检测用

7、的负压自驱动微流控芯片。然后，使用ＰＥＴ贴膜对加工出来微流道的基板进行键合封装实验，分析高温热压法光学玻璃微流控芯片键合的最佳参数。接着，通过实验分析微流道的尖端角度、梯度、壁面粗糙度、微纳米裂纹和芯片材料对微流体自驱动速度的影响，，构建微流控芯片的微纳结构诱导微流体流动模型。最后分析自驱动微流控芯片的病原体快速检测效果。具体研究结果如下：１、微磨削技术可以实现ＰＭＭＡ和石英玻璃微流道加工，其表面粗糙度可分别到达。°２８ｎｍ和４２．８ｎｍ，角度误差分别达到±０．５和±１．０

8、。进而，利用研制的微流道成型模芯，？开发了微流道芯片热压成型工艺１５ｓ。，成型时间达到２、基于ＰＥＴ贴膜的键合，高温热压键合能保证微流道形状精度。研究发现：其键°合的最佳压力、时间和温度分别为３．６Ｎ、１０ｍｉｎ和６５０Ｃ。进而，开发了负压和表面张力驱动的微流控芯片，具有较大的适用性和柔性。３、微流道的尖端角度及其表面的微纳裂隙可以诱导微流体自驱动，其中，其尖端°°角度从１２０变化到６０时可提高其自驱动速度２０％，微尖端附近的