基于EWOD的数字微流控器件研究

发布时间：2019-12-02 19:45

【摘要】：近些年新兴的数字微流控技术凭借其结构简单、节省试样、易于集成、操控范围广等优点,在化学、生物、医学及其他领域展现出巨大的发展潜力和应用前景。本文通过理论分析、仿真优化、实验验证的方法对数字微流控技术进行了初步的探讨。首先,分析了各种数字微流控系统操控方法的优缺点,确定了利用介电润湿效应来进行微液滴的驱动。介绍了介电润湿原理并建立了介电润湿效应的数学模型,仿真了介电润湿效应效应的过程,同时对利用介电润湿效应实现微液滴驱动的原理进行了详细的阐述。其次,对系统进行了数学建模,并利用COMSOL Multiphysics 4.4分别对数字微流控系统的静态性能和动态性能进行了模拟,仿真了系统的电势分布情况,分析了介质层厚度等参数对数字微流控芯片的影响,验证了单极板结构的数字微流控芯片比双极板结构的数字微流控芯片更容易实现微液滴的驱动,并在所确定的结构和各参数的前提下模拟了微液滴的移动过程,从而为芯片的优化提供了可靠的指导。最后,根据仿真所确定的系统结构和参数制作了数字微流控芯片,利用湿法刻蚀的工艺制作了ITO驱动电极,利用射频磁控溅射法淀积了Si O2介质层,利用CH3(CF2)7(CH2)2Si(OC2H5)3制作了疏水层,并对芯片制作过程中的关键技术及影响因素进行了探讨。根据系统的需求设计并焊接了数字微流控系统的控制电路,并对电路的功能进行了验证。之后,搭建了数字微流控系统的测试平台,并在40V电压下实现了微液滴的输运,验证了仿真结果的正确性以及数字微流控系统的可行性,为数字微流控技术的进一步深入研究奠定了基础。
【图文】：

芯片的基本结构

该芯片具有上下两极板构造相同的双胞胎结构[19]，，如图 1-3 所示。该结构的优点是相对于单极板结构和双极板结构，双胞胎结构具有更强的驱动微液滴的能力，它能够在更低的电压下实现微液滴的运动。当然，这种方法由于精确对准十分困难，使得加工过程中存在一定的难度。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN492

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 赵平安;周嘉;刘冉;;一种单平面电极阵列结构的介质上电润湿数字微流控器件[J];复旦学报(自然科学版);2010年02期

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1 许晓威;基于介电湿润效应的微液滴驱动机理与操作方法研究[D];苏州大学;2014年

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1 朱梦义;介电润湿驱动的数字微流体仿真研究[D];吉林大学;2007年

本文编号：2568879