基于微流道结构的倍比稀释微流控芯片研究

发布时间：2020-10-24 05:29

　　 在药物敏感性试验中,通常使用手动操作的方式对抗菌药物进行一系列倍比稀释,进而测定该药物对特定菌种的最低抑菌浓度(MIC)。人工操作不仅过程复杂,还会引入误差,造成实验结果不准确。如何能快速、便捷、准确的实现对试剂样品的倍比稀释是解决该问题的关键。近年来,随着微全分析系统(μ-TAS)的快速发展,浓度梯度微流控芯片作为一种新型器件,以其体积小、响应速度快和集成度高等优点,在生化分析、化学合成和临床测试等众多领域有着广泛的应用。基于微流控梯度网络相关理论,论文设计、制备了一种能够对特定浓度的液体进行多级倍比稀释的微流控芯片。本文首先对压力驱动下微流控芯片内部流体的流动状态,以及流体间的传质规律进行了理论分析。为了探究层流状态下影响流体间混合效率的因素,设计了一种带有挡板结构的T-型方波通道微混合器,并将仿真结果与T-型直通道微混合器、T-型方波通道微混合器进行了对比。结果表明,微通道结构的改变影响流体的流动状态,缩短了流体间的扩散距离,加快了流体间的混合。在理论分析与仿真结果的指导下,本文通过等效电路类比法设计一款具有倍比稀释功能的微流控芯片。将微通道网络等效为电路,利用基尔霍夫定律对微通道长度进行了计算与优化。通过COMSOL仿真软件研究了不同入口流量对浓度梯度造成的影响,最终确定了入口流量的最佳设置。本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料,结合微加工工艺对芯片进行了制备。其中包括采用光刻技术完成了Si模具的制作,通过模塑法得到了PDMS基片,最后利用氧等离子体实现了PDMS基片与玻璃的键合。微流控实验平台搭建完成后,应用色素和荧光素钠试剂分别对芯片的倍比稀释功能进行了定性和定量检测,实验结果表明该芯片达到了预期要求。当两个入口的体积流量分别设定为1.225μL/min和0.375μL/min,经过4 min后在芯片的四个出口可分别得到经过两倍稀释后的试剂样品,稀释精度达到98%,且浓度状态能长时间保持稳定。该芯片的研究为抗菌药物的稀释提出了一种新的方法,对新药的研究和评估都具有重要的应用价值。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN492
【部分图文】：

1 绪论性浓度梯度的微流控芯片，如图 1.2（c）所示。该芯片是由上下平行的两条主通道和垂直于两条主通道间的连接通道组成，上方主通道内的样品溶液通过连接通道，在下方主通道内的凹槽中形成线性的浓度梯度。若改变上方主通道的形状和连接通道的长度，会导致进入到下方主通道内的样品溶液的体积发生变化，从而在凹槽内形成非线性浓度梯度。

1 绪论从不同进样口进入金字塔形的微通道网络，在各级合并在下一级再次分开。经过多次分流、汇合的过程同的浓度梯度。通过改变入口流速、样品溶液与缓冲可使金字塔网络在出口通道处形成各种复杂形状的浓

同的浓度梯度。通过改变入口流速、样品溶液与缓冲可使金字塔网络在出口通道处形成各种复杂形状的浓 1.3 具有 2 输入/9 输出的金字塔网络构型浓度梯度微流控芯
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本文编号：2854079