高频声波集成的微流控芯片用于颗粒的表征与驱动
发布时间：2021-07-30 05:12
商业化的医学声学传感器在过去的几十年中取得了很大的进步,而超声波方法特别适用于细胞测试和医学诊断,因为声学技术可以以非接触模式对生物样本温和得操控并表征它们的刚度。受益于这一特性,科学家将声学模量集成到微机电系统（MEMS）设备中,以提高成本效益,缩短响应时间和增加批量生产能力。近年来,具有快速反应,实时,高灵敏度,低成本检测和分析等独特优势的微流体平台在临床诊断和新药筛选方面取得了蓬勃发展。声学微流控芯片技术是针对片上样品检测和处理而开发的。它结合了超声波技术和小型化平台的优点。这个高度集成的平台展现了精确操作生物学中微小样品（微米级的蛋白质,细胞和微生物）和原位检测分析的卓越能力。目前,声学微流体应用主要由两部分组成:用于信号处理的声学传感器和用于样品制备的声学致动器。尽管如此,将这些声学功能集成到基于硅的片上实验室需要特定的技术发展,并且目前没有高频体声芯片能够将声学传感器和致动器集成到同一设备中。我们工作的主要目标是将声波微器件的工作频率优化在500 MHz和1000 MHz之间的频率范围内,并优化微流体通道的声能传播。这里主要的技术重点包括引导声波传播的反射镜的匹配层薄膜沉积...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１．２?（ａ）?ＭＥＭＳ组分示意图，（ｂ）?—个ＭＥＭｓ系统的二重组装平台??
．＇?．ｘ?．?－?．??图１．１．２?（ａ）?ＭＥＭＳ组分示意图，（ｂ）?—个ＭＥＭｓ系统的二重组装平台??的电镜图。??基于ＭＥＭｓ技术、微电子和微机械结构也同样可在集成微流控系统来实现??交叉学科的应用，以及芯片式的将单个或多步实验流程的整合。对大多数芯片实??验室（ＬＯＣ）的加工，最基本的制备手段是源于微电子制造的光刻技术。对特??殊的要求如光学特性、生物或化学兼容性，低成本和快塑型，新工艺在继续开发中??如玻璃、陶瓷和金属的腐蚀、沉积和键合，ＰＤＭＳ加工和软光刻，电镀技术，注??塑和压花等。??目前的微流控芯片常用的材料是硅、石英、玻璃、有机高分子化合物等。制??备材料的选择通常考虑以下几点：１．良好的生物相容性且不与样品反应；２．良好的??电介质特性和散热性；３．良好的光学性能和低千扰噪声；４．其表面可以改性使得高??分子得以固定在上面；５．低成本和制备灵活。然而，每种材料都有其优缺点，我们??选择材料时要考虑到需要实现的功能。??硅材料具有良好的热稳定性和化学惰性。此外，现有硅微加工技术已趋于成??熟。虽然它在半导体工业界已大量使用，但仍然有不足之处，例如它是不透明的，??易碎的
图１．２．２—个典型的基于声表面波技术的生化学传感器的梗概图。负载质量的变??化引起声表面波传播的改变，因而谐振频率漂移［２９］．??沿不同方向切割压电材料决定了声表面波种类，包括“水平－剪切波”?ＳＨ－ＳＡＷ??（爱波）或“水平－垂直波”?ＳＶ－ＳＡＷ?（瑞利波）。瑞利波是因为基底表面发线方??向形变产生的。Ｗｏｈｌｔｊｅｎ和Ｄｅｓｓｙ首先证明这种“瑞利型”声波传感器在涂覆层??敏感聚合物后可用于有机气体检测［３＇声表面波传感器大量应用于细菌和酵母??菌的全细胞实验［３１］．通过选择低浓度的蛋白质或抗体，声表面波传感器可以用??来特异性检测真核细胞，也能高精度地测量哺乳动物细胞在传感器表面的粘附??［３２］．??相比传统的荧光检测，声波探测器不需要额外标记缓冲溶液并避免了光漂白。??对这一类的器件，传感器的谐振频率对表而耦合的声学特性极其敏感，如负载质量??和液体粘度。通过谐振频率变化，表而的小分子吸附、负载质景和细胞－基底表而??的粘附可以被无损实时地监测。然而，测试样本必须被置于振荡晶体的表面，且检??测距离被限制在传感器表面附近，而且基底必须依据免疫检测分析物地特性来修??
本文编号：3310766
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１．２?（ａ）?ＭＥＭＳ组分示意图，（ｂ）?—个ＭＥＭｓ系统的二重组装平台??
．＇?．ｘ?．?－?．??图１．１．２?（ａ）?ＭＥＭＳ组分示意图，（ｂ）?—个ＭＥＭｓ系统的二重组装平台??的电镜图。??基于ＭＥＭｓ技术、微电子和微机械结构也同样可在集成微流控系统来实现??交叉学科的应用，以及芯片式的将单个或多步实验流程的整合。对大多数芯片实??验室（ＬＯＣ）的加工，最基本的制备手段是源于微电子制造的光刻技术。对特??殊的要求如光学特性、生物或化学兼容性，低成本和快塑型，新工艺在继续开发中??如玻璃、陶瓷和金属的腐蚀、沉积和键合，ＰＤＭＳ加工和软光刻，电镀技术，注??塑和压花等。??目前的微流控芯片常用的材料是硅、石英、玻璃、有机高分子化合物等。制??备材料的选择通常考虑以下几点：１．良好的生物相容性且不与样品反应；２．良好的??电介质特性和散热性；３．良好的光学性能和低千扰噪声；４．其表面可以改性使得高??分子得以固定在上面；５．低成本和制备灵活。然而，每种材料都有其优缺点，我们??选择材料时要考虑到需要实现的功能。??硅材料具有良好的热稳定性和化学惰性。此外，现有硅微加工技术已趋于成??熟。虽然它在半导体工业界已大量使用，但仍然有不足之处，例如它是不透明的，??易碎的
图１．２．２—个典型的基于声表面波技术的生化学传感器的梗概图。负载质量的变??化引起声表面波传播的改变，因而谐振频率漂移［２９］．??沿不同方向切割压电材料决定了声表面波种类，包括“水平－剪切波”?ＳＨ－ＳＡＷ??（爱波）或“水平－垂直波”?ＳＶ－ＳＡＷ?（瑞利波）。瑞利波是因为基底表面发线方??向形变产生的。Ｗｏｈｌｔｊｅｎ和Ｄｅｓｓｙ首先证明这种“瑞利型”声波传感器在涂覆层??敏感聚合物后可用于有机气体检测［３＇声表面波传感器大量应用于细菌和酵母??菌的全细胞实验［３１］．通过选择低浓度的蛋白质或抗体，声表面波传感器可以用??来特异性检测真核细胞，也能高精度地测量哺乳动物细胞在传感器表面的粘附??［３２］．??相比传统的荧光检测，声波探测器不需要额外标记缓冲溶液并避免了光漂白。??对这一类的器件，传感器的谐振频率对表而耦合的声学特性极其敏感，如负载质量??和液体粘度。通过谐振频率变化，表而的小分子吸附、负载质景和细胞－基底表而??的粘附可以被无损实时地监测。然而，测试样本必须被置于振荡晶体的表面，且检??测距离被限制在传感器表面附近，而且基底必须依据免疫检测分析物地特性来修??
本文编号：3310766
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