电极表面电荷效应在微納流控电流信号检测中的影响作用.pdf

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1、分类号：０４３学校代码：１０６９７密级：公开＿学号：２０１２２０５３８？务＿ＪｒＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ硕士字位ｉ２ＸＭＡＳＴＥＲ＇ＳＤＳＳＥＲＴＡＴＩＩＯＮ电极表面电荷效应在微納流控电流信号检测中的影响作用学科名称：光学作者：王凯歌研究员：马宏伟指导老师西北大学学位评定委员会二—五年０西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子

2、版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。凡■＾展丫４学位论文作者签名：午指导教师签名：命／年６月１曰‘月＂曰西北大学学位论文独创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：＾丨Ｉｌ５年６月曰＼摘要随着微纳流控的微型化，表面电荷效应的影响越来越显著。在微流控检测中，与通道表面电荷效应相比，电极表面电荷效应的影响同样不可忽略。本文对溶液在外电场力驱动下穿越微通道的电流响应特性进行了系统的研究，总结了不同条件下，电极表面电荷效应

4、对电流响应特性的影响规律，并分析了其影响的微观机制，主要内容和成果如下：一（１）电流响应有初始峰值，然后随着时间缓慢衰减，最终趋于稳定，这是电极表面的双电层和过电位共同作用的结果。（２）对实验中出现的六种特征性电流响应信号做了统计分析，结果表明：所有正向的电流响应出现的概率都大于其相对应的负向的电流响应出现的概率；由于热运动的作用，随着通道尺寸的增大，电流响应的特殊信号出现的概率增大。（３）当辅助电极有效面积大于工作电极时，电流响应随着外加电压的增加发生了由负到正的反转，这是电极表面电荷积累

5、产生的屏蔽场与外加电场之间的竞争效应产生的。（４）电流响应反转的临界电压随着电极有效面积比例和溶液Ｈ的增加而增加；而随着ｐ溶液离子浓度的增加而减小，与德拜长度随离子浓度的变化关系相类似。（５）通过对三电极体系和两电极体系的测量结果的比较，发现采用三电极测量方法能够显著降低电流响应反转的临界电压和恢复时间。这些结论在微纳流控芯片以及生物传感器的微型化、精确化，以及生物单分子检测与操纵方面有潜在的应用前景。关键词表面电荷效应，电极有效面积，电流响应，微纳流控，双电层ｉＡＢＳＴＲＡＣＴ

6、Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｃｈａｒｇｅｅｆｆｅｃｔｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇａｐｐａｒｅｎｔｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｓｔｈｅｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆ－ｆｌｕＩｔｔｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｉｄｉｃｄｅｖｉｃｅｓ．ｎｈｅｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｃｈａｎｎｅｌｆｌｕｉｄｉｃｓｃｏｍａｒｅｄｔｏｈｅｃｈａｎｎｅｌ，ｐｓｕｒｆａｃｅｃｈａｒｇｅｅｆｅｃｔｓ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｕｒｆａｃｅｅｆｅｃｔｓｈａｖｅｔｈｅｓａｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃ

7、ｅｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｓａｓｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｓｕｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｈｅｎａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｒｅｄｒｉｖｅｎｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｆｏｒｃｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｉｎａｌｓｏｆｔｈｅｆｌｕｉｄｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎ，ｇｇｔｈｒｏｕｍｉｃｒｏｆｌｕｃａｎｎｅａｓｔｅｍａｔｃａｓｔｕ．ｉｎｃｔｓｔｓｇｈｉｄｉｃｈｌｒｅ

8、ｓｙｉｌｌｙｄｉｅｄＭａｏｎｔｅｎａｎｄａｃｈｉｅｖｅｍｅｎａｒｅｓｕｍｍｅｒｉｚｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｓ，－（１Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｈａｓａｓｔａｒｔｕｐｅａｋａｎｄｔｈｅｎｄｅｃａｙｓｗｉｔｈｔｉｍｅｕｎｔｉｌｒｅａｃｈａｓｔｅａｄ）ｐｙｓｔａｔｅ．Ｔｈｉ