微流控器件延时流动操控单元设计

发布时间：2017-08-31 23:36

  本文关键词：微流控器件延时流动操控单元设计

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【摘要】：即时检测技术越来越多的用于化学分析、医疗诊断和环境检测。随着生化学传感器、混合器、后处理等系统在芯片实验室平台中集成度的提高,对先进的微流体处理技术和控制方法的需求也愈加迫切。但是,集成化微流体操控单元的发展仍面临着诸多挑战。当前报道的微流体操控单元大多数为主动式,即需要外置的流量控制设备进行驱动。而这些设备往往笨重、庞大,难以集成,携带性差。基于毛细力的被动式流体驱动为集成化操控单元提供了一种新的选择。然而,在微通道中,利用毛细力控制液体按特定路径实现自动流动仍存在许多问题需要解决。本文针对基于毛细力的微流控器件延时流动操控单元展开研究。利用通道中的微结构尺寸的变化对不同区域毛细力进行控制,从而达到控制液体定向和延时流动的目的。主要研究工作包括以下几个方面：1.设计了2种延时流动操控单元。根据毛细压强差计算原理,设计了控制液体横向流动、侧方纵向流动和中部纵向流动三种微结构,通过对这三种结构的组合、阵列,形成了梳齿形和迷宫形2种延时流动操控单元。这2种单元可以控制液体按设计流动路径自主流动,并按照设定时间延长液体流动速度。对2种操控单元的结构参数进行分类,在之后的实验中分析各参数对延迟时间的影响。2.采用UV-LIGA和热压键合法制作了2种延时流动操控单元的实验芯片。首先制定合理的工艺流程,使用UV-LIGA制作硅模具。再用硅模具在PMMA基片上热压出通道网络和流体操控单元。热压出的通道深度与设计值偏差为-1.591μm-～0.411μm,操控单元尺寸与设计值偏差为-0.35～0.22μm。最后将PMMA盖片与基片进行热键合,得到芯片。3.进行2种单元的流体操控实验。梳齿形延时流动操控单元有2个设计参数,X1和X2。X1是矩形凸台与通道侧壁的间距；X2是相邻两个矩形凸台的纵向间距。迷宫形延时流动操控单元中有3个设计参数,X3、X4和X5。X3是矩形凸台与通道侧壁的间距,也是各矩形凸台间的横向间距；X4是相邻两个矩形凸台的纵向间距；X5是控制液体中部纵向流动结构中矩形凸台的宽度。进行2种单元的流体操控实验,得出X1在取值范围内与延迟时间成正比,控制延时范围为2.36s-4.24s；X2在取值范围内与延迟时间成反比,控制延时范围为2.12s-13.96s；X3在取值范围内与延迟时间成正比,控制延时范围为4.28s-4.44s；X4在取值范围内与延迟时间成反比,控制延时范围为7.56s-15.84s；X5在取值范围内与延迟时间成正比,控制延时范围为0.52s-0.88s。
【关键词】：微流控 延时操控 梳齿形单元 迷宫形单元
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 微流控器件概述10-13
• 1.1.1 微流控器件材料10
• 1.1.2 微流控器件的制作技术10-13
• 1.2 微流体延时操控技术及国内外研究现状13-16
• 1.3 目前存在问题16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 2 微流体延时流动操控单元结构设计18-31
• 2.1 基本原理18-21
• 2.1.1 毛细现象和影响微流体流动的因素18
• 2.1.2 毛细压强计算原理18-20
• 2.1.3 延时流动操控单元的设计要求及思路20-21
• 2.2 控制液体定向流动结构的设计21-25
• 2.2.1 控制液体横向流动结构21-22
• 2.2.2 控制液体侧方纵向流动结构22-24
• 2.2.3 控制液体中部纵向流动结构24-25
• 2.3 两种延时流动操控单元的设计25-27
• 2.3.1 梳齿形延时流动操控单元25-26
• 2.3.2 迷宫形延时流动操控单元26-27
• 2.4 操控单元的设计参数27-30
• 2.4.1 梳齿形延时流动操控单元设计参数27-28
• 2.4.2 迷宫形延时流动操控单元设计参数28-30
• 2.5 本章小节30-31
• 3 微流体延时流动操控单元的制作31-40
• 3.1 制作设备及材料31
• 3.2 硅模具的制作流程31-34
• 3.3 操控单元中基片热压成形34-37
• 3.3.1 热压成形材料预处理34
• 3.3.2 热压成形工艺34-37
• 3.4 操控单元的键合37-39
• 3.4.1 键合材料预处理37
• 3.4.2 低温键合工艺37-39
• 3.5 本章小节39-40
• 4 延时流动操控单元流体控制实验40-58
• 4.1 实验设备及材料40
• 4.2 实验流程及观测参数40-42
• 4.2.1 梳齿形操控单元观测参数40-41
• 4.2.2 迷宫形操控单元观测参数41-42
• 4.3 微流体延时流动实验42-57
• 4.3.1 两种单元的延时流动过程42-43
• 4.3.2 梳齿形单元的参数X1对延时流动的影响分析43-45
• 4.3.3 梳齿形单元的参数X2对延时流动的影响分析45-48
• 4.3.4 迷宫形单元的参数X3对延时流动的影响分析48-51
• 4.3.5 迷宫单元实验参数X4和X5对延时流动的影响分析51-57
• 4.4 本章小节57-58
• 5 全文总结及工作展望58-60
• 5.1 全文总结58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

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本文编号：768627