基于声表面波技术的粒子分选微流控芯片设计与实验研究

《基于声表面波技术的粒子分选微流控芯片设计与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TH703单位代码：10183研究生学号：2015412097密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）基于声表面波技术的粒子分选微流控芯片设计与实验研究DesignandExperimentalResearchofParticleSortingMicrofluidicChipBasedonSurfaceAcousticWaveTechnology作者姓名：张炎炎专业：机械设计及理论领域（方向）：智能机械与微小机械指导教师：刘国君教授培养单位：机械科学与工程学院2018年5月基于声表面波技术的粒子分选微流控芯片设计与实

2、验研究DesignandExperimentalResearchofParticleSortingMicrofluidicChipBasedonSurfaceAcousticWaveTechnology作者姓名：张炎炎专业名称：机械设计及理论指导教师：刘国君教授学位类别：学术硕士答辩日期：2018年5月26日本文由吉林省自然科学基金-学科布局项目《基于水力与声辐射力耦合作用下的粒子多级分选机理及其微流控芯片构建方法研究》（项目编号：20170101136JC）及国家自然科学基金项目《脉动注入与振动扰动在金纳米粒子可控合成中的作

3、用机理及其系统构建方法研究》（项目编号：51375207）资助未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士(或硕士)学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要

4、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：机械设计及理论

5、论文题目：基于声表面波技术的粒子分选微流控芯片设计与实验研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林大学机械科学与工程学院（130025）作者联系电话：摘要作为21世纪最伟大的发现之一，微流控芯片因其微小、便携、试剂消耗量少等优点开始取代传统的常规生物化学医学实验室的各种功能，例如混合、反应、分选、检测、合成、细胞培养等，而其中的分选功能是最为核心的功能之一。高效的分选对于生物学、化学、诊断学、治疗学、材料合成和药物开发领域等有着重要意义。由于声表面波技术在微流控领域的广泛应用，本文将声表面波技术与水力分选技术

6、相融合，提出了基于水力与声辐射力耦合作用下的粒子多级分选技术，设计、制作两种类型分选芯片，通过控制加载信号峰峰值电压、主流道最大流速、出口流量比率等因素进行粒子分选实验，本文的主要内容如下：概述声表面波器件的结构与原理、压电基底材料及其切向和叉指换能器（IDT），选择双面抛光的128°Y-X铌酸锂作为压电基底材料，初步确定IDT主要参数，包括指宽、指间距、叉指对数和声孔径等，对声流效应以及微粒在声场下的受力进行了分析。利用仿真软件对声表面波器件进行分析，主要包括模态分析、谐响应分析、瞬态分析以及IDT的叉指对数对声表面波能量的

7、影响分析等，得出仿真结果与理论分析相符，通过MATLAB对微粒在声场区域的运动情况进行仿真分析，得到了使粒子分离的最佳参数，在仅受斯托克斯力时对粒子的运动轨迹进行分析，得到在不同流量比率情况下粒子的运动规律，对粒子在微流道中整体的运动情况进行仿真分析，理论上验证了粒子分选的可行性，为之后的实验研究提供了理论基础。根据仿真得出的优化参数，设计两种结构的粒子分选芯片，利用微纳加工工艺制得声表面波器件及硅片底模，之后采用模塑法制作了PDMS微流道系统，再将声表面波器件与PDMS微流道系统进行键合并进行后续处理，最终得到能够用于分选实

8、验的两种结构分选芯片。利用本文设计制作的两种结构分选芯片进行多种粒子的分选实验，设计实验方案，搭建实验平台，通过调节加载信号峰峰值电压、主流道最大流速以及流量比率，使用两种结构分选芯片对1μm、5μm和10μm荧光聚苯乙烯粒子（PS粒子）进行了分选实验，验证了本文提出的声分选