基于悬臂梁传感器的微流控芯片优化设计

发布时间：2021-02-17 19:03

　　传统微悬臂梁传感器液相检测大多将其置于盛有待测试样的特制载物台,然后借助原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）系统测量微悬臂梁偏转量实现对待测试样的液相检测。该过程无法发挥微悬臂梁体积小、快速便捷检测、易于集成等优势,还限制了微悬臂梁传感器的应用场景。微流控芯片检测技术具有灵敏度高、检测限低、易于集成且兼容性优良等显著优势,能广泛应用于化学、物理以及生物等检测领域。为了满足微悬臂梁实时化、便携式检测需求,以微悬臂梁传感器为核心,定制化设计微流控芯片结构是微悬臂梁传感器摆脱实验室条件限制,拓展检测应用领域的理想方案。但在微悬臂梁与微流控芯片联用过程中,芯片内的液相环境及流体流动将对微悬臂梁的偏转、动态响应、模态及频率响应等与检测结果密切相关的参数产生影响。针对集成化应用过程中存在的上述问题,本文以课题组前期工作中设计的具备压电自驱动和压阻自感知功能的微悬臂梁传感器为核心,以微纳流体运动方程及扩散传质方程为基础,利用COMSOL Multiphysics软件建立微悬臂梁片上静态和动态检测模型。基于微悬臂梁片上静态检测模型,研究了待测试样流速、微通道形貌尺寸、... 

【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 微悬臂梁传感器研究现状
        1.2.2 微流控芯片技术研究现状
    1.3 研究目的及意义
    1.4 本文主要内容安排
第2章 以微悬臂梁传感器为核心的微流控芯片工作原理
    2.1 引言
    2.2 以微悬臂梁传感器为核心的微流控芯片总体设计
    2.3 微悬臂梁传感器工作原理
        2.3.1 微悬臂梁传感器工作模式
        2.3.2 微悬臂梁传感器频率检测原理
        2.3.3 微悬臂梁传感器驱动方式
        2.3.4 微悬臂梁传感器信号检测方式
    2.4 微流控芯片内流动与传质
        2.4.1 微流体运动基本方程
        2.4.2 扩散传质方程
    2.5 小结
第3章 基于微流控芯片的微梁传感器静态检测
    3.1 引言
    3.2 微悬臂梁片上静态检测模型的建立
    3.3 试样流速对静态检测结果的影响
    3.4 微通道形貌及尺寸对静态检测结果的影响
    3.5 检测池形貌对静态检测结果的影响
    3.6 传感器固定角度对静态检测结果的影响
    3.7 小结
第4章 基于微流控芯片的微梁传感器动态检测
    4.1 引言
    4.2 微悬臂梁片上动态检测模型建立
    4.3 液相阻尼对微悬臂梁动态检测结果的影响
        4.3.1 液相阻尼对微悬臂梁动态响应的影响
        4.3.2 液相阻尼对微悬臂梁模态的影响
        4.3.3 液相阻尼对微悬臂梁响应特性的影响
    4.4 试样流速对动态检测结果的影响
    4.5 以微悬臂梁传感器为核心的微流控芯片整体结构设计
    4.6 小结
第5章 以微悬臂梁为核心的微流控芯片制备
    5.1 引言
    5.2 3D打印微流控芯片制备工艺介绍
        5.2.1 3D打印技术简介
        5.2.2 微流控芯片材料简介
    5.3 3D打印微流控芯片制备工艺流程
        5.3.1 3D打印微流控芯片的预处理
        5.3.2 3D打印微流控芯片的工艺步骤
    5.4 3D打印的微流控芯片样片
    5.5 小结
第6章 结论
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]MEMS传感器技术发展现状与趋势[J]. 刘进长,刘振忠,张建.  科技中国. 2018(06)
[2]静电驱动阶梯型微悬臂梁吸合电压分析[J]. 朱军华,苏伟,刘人怀,宋芳芳,黄钦文.  机械工程学报. 2018(08)
[3]流道截面形状对微流体流动性能的影响[J]. 蒋炳炎,谢磊,谭险峰,鲁世强.  中南大学学报(自然科学版). 2006(05)
[4]微机械电子系统仪器[J].   中国制造业信息化. 2005(11)

博士论文
[1]微梁阵列生化传感器研制及检测应用[D]. 张广平.中国科学技术大学 2017
[2]基于微混合器的重金属离子微全分析系统芯片研究[D]. 张贺.哈尔滨工业大学 2015

硕士论文
[1]基于MEMS技术微悬臂梁敏感结构的设计[D]. 夏贝贝.沈阳工业大学 2018
[2]基于DMD动态掩膜微立体光刻系统的开发与研究[D]. 周庚侠.苏州大学 2011
[3]压电微悬臂梁质敏传感器性能的研究[D]. 张春娟.江苏大学 2010



本文编号：3038393