微纳米结构微流控芯片注塑成型及其关键技术研究

发布时间：2017-12-13 17:14

  本文关键词：微纳米结构微流控芯片注塑成型及其关键技术研究

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【摘要】：聚合物微流控芯片是一种具有微纳米结构的典型制品,现广泛应用于化学、生物、医学等检测领域。微注塑成型是一种用于制造聚合物微流控芯片的主要成型方法。在成型过程中不但需要解决制品的宏观缺陷和微纳结构成型的微观缺陷,还需要克服浇口二次加工成本高和浇口成型质量低的缺点。因此,进行具有复杂微纳米结构微流控芯片注塑成型的研究,对微注塑成型技术和微流控芯片技术的发展都有重要指导意义。本课题的研究对象为两种具有微纳米结构的微流控芯片：具有微纳米周期结构用于病毒诊断的碟形微流控芯片和具有微圆柱阵列用于一次性心肌血液智能诊断的矩形微流控芯片。具有微纳米周期结构的碟形微流控芯片外圆直径为62mm、厚0.6mm,中心孔由直径为15mm的圆弧和直径为3mm的圆弧组成,芯片上具有呈圆周阵列分布的微凹槽,并且在宽为0.15mm的凹槽上加工有微纳米二级周期结构。微纳米二级周期结构有超疏水特性,防止反应液回流。具有微圆柱阵列的矩形微流控芯片长100mm、宽16mm、厚度1mm、侧壁厚为0.5mm,在芯片内表面两个不同区域内分布着不同直径的微圆柱,矩形区域内分布着直径50μm高40μm的微圆柱13000多个,梯形区域内分布着直径为100μm高120μm的微圆柱1000多个。本文研究重点在于碟形微流控芯片上微纳米二级周期结构的注塑成型、盘型浇口的模内自动冲切功能、冲切动作控制功能和矩形微流控芯片上微圆柱阵列高度分布的均匀性。具体研究内容如下：首先,为了提高模具设计制造效率,应用Moldflow和Deform分析软件对聚合物微流控芯片熔体流动性和聚合物模内自动冲切浇口动作进行模拟分析。并应用Pro/e和AutoCAD等设计软件,根据注塑模具设计原理和模拟结果,对注塑模具结构进行设计。其次,利用Minitab软件设计L25的正交实验,以冲切深度和冲断程度作为目标参数,探索对盘型浇口冲切效果影响最大的工艺参数。通过实验研究由正交实验确定的工艺参数对冲切深度的影响规律,并利用万能工具显微镜观察冲切实验后浇口质量。再次,通过实验研究注塑工艺参数对具有微圆柱阵列的矩形微流控芯片注塑成型质量和微圆柱高度分布的影响。实验中改变模具温度和注射速度的数值,观察微圆柱复制成型质量,并观察沿着流动方向和垂直流动方向微圆柱高度的分布情况。最后,探索注塑工艺参数对具有微纳米周期结构的碟形微流控芯片注塑成型的影响。通过对模具温度和注射速度数值的改变,观察微通道成型质量和微纳米二级周期结构的复制成型质量,分析影响复制成型质量的原因。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN492;TQ320.66

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本文编号：1285924