基于微流控芯片的颗粒电容检测技术研究

发布时间：2017-10-29 23:22

  本文关键词：基于微流控芯片的颗粒电容检测技术研究

  更多相关文章： 微流控芯片 颗粒电容检测 金属磨粒 船舶压载水 海洋微藻

【摘要】：快速、准确检测样品中的颗粒个数及其类型,在船舶安全及其污染防治领域有着重要的需求。如基于油液性能分析的船舶机械系统故障诊断,需要测定润滑油中磨粒的个数、尺寸和类型。在船舶造成海洋污染领域,港口国需要计数到港船舶处理后压载水中存活的不同尺寸生物的个数。 微流控芯片是一种高度集成的样品快速微全分析系统,非常适合于发展成为便携式的检测仪器。本文研究了微流控芯片上颗粒电容式检测技术,并应用于船舶润滑油中磨粒和船舶压载水中微藻的区分检测和尺寸判定。具体来看,本文的主要研究有： (1)建立了油液中磨粒电容检测理论模型,数值模拟研究了不同尺寸和介电常数的磨粒经过电容检测区时,对电容检测值的影响程度和规律。研究表明,对于相同材质的磨粒,电容变化值随磨粒尺寸的增大而变大；当磨粒尺寸相同时,电容变化值随颗粒介电常数的变大而变大,最后逐渐趋近于稳定值,即使用电容传感器不能区分金属磨粒的材质。 (2)采用较为简单的方法,在微流控芯片上加工出了电容传感器,搭建了电容检测系统,实现了滑油中8μm铝质磨粒的检测和尺寸判定以及金属磨粒和非金属磨粒的区分检测和计数。 (3)根据Maxwell理论和单层结构细胞电容模型,推导获得了三维电容变化值与细胞尺寸、存活状态以及激励频率之间的理论公式。分析表明,对于同一个细胞,电容检测值随激励频率的增加而降低；而对于尺寸相同的活体和死亡细胞,在相同激励频率下,活体细胞导致的电容值较大。 (4)采用电容检测系统,实验测试了不同活性的压载水中的微藻电容信号随激励频率的变化关系,实验结果与理论分析相吻合。实验结果表明,在200kHz-500kHz范围内,活体微藻和死亡微藻的电容变化值有明显的差异,该频率窗口对于日后基于电容法区分压载水中的微藻存活状态具有重要的指导意义。 本文的研究对于发展基于微流控芯片的油液磨粒计数以及船舶压载水中存活有害生物区分检测技术和装置具有一定的参考价值。
【关键词】：微流控芯片 颗粒电容检测 金属磨粒 船舶压载水 海洋微藻
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题研究背景和意义10-15
• 1.1.1 微流控芯片技术及其主要应用10-11
• 1.1.2 船舶安全和污染领域对颗粒快速计数技术需求11-15
• 1.2 微流控芯片上颗粒检测技术现状15-22
• 1.2.1 非电容式颗粒检测技术15-18
• 1.2.2 微流控芯片上电容检测技术研究现状18-22
• 1.3 论文研究内容22-24
• 第2章 微流控芯片电容传感器性能分析24-36
• 2.1 电容检测原理24-25
• 2.2 电容传感器性能分析25-30
• 2.2.1 控制方程25
• 2.2.2 几何模型及边界条件25-28
• 2.2.3 计算结果与分析28-30
• 2.3 基于单层细胞模型电容计算30-34
• 2.3.1 并联等效电容计算30-32
• 2.3.2 基于细胞模型的电容计算32-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 微流控芯片上润滑油中磨粒电容检测研究36-46
• 3.1 电容传感器设计36-37
• 3.2 实验研究37-41
• 3.2.1 微流控芯片的制作37-40
• 3.2.2 系统搭建40-41
• 3.2.3 样品配制和实验步骤41
• 3.3 结果分析与讨论41-45
• 3.3.1 不同粒径Al磨粒的检测41-44
• 3.3.2 非金属磨粒的区分检测44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 微流控芯片上微藻电容检测研究46-60
• 4.1 检测芯片的加工与系统搭建46-47
• 4.2 样品配制与实验步骤47-49
• 4.2.1 样品配制47
• 4.2.2 实验步骤47-48
• 4.2.3 细胞有效体积测定48-49
• 4.3 结果分析与讨论49-59
• 4.3.1 不同频率下藻细胞电容检测49-55
• 4.3.2 不同活性盐藻细胞电容区分检测55-56
• 4.3.3 不同活性藻细胞体积测量56-58
• 4.3.4 其他影响细胞电容检测因素58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 参考文献62-65
• 攻读学位期间公开发表论文65-66
• 攻读学位期间申请专利66-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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2 宋永欣;微流控芯片上单细胞生物电子检测和介电操控技术研究[D];大连海事大学;2012年

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本文编号：1115107