仿生微泵结构改进及其输出特性研究

发布时间：2017-08-25 14:31

  本文关键词：仿生微泵结构改进及其输出特性研究

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【摘要】：微流体的驱动和控制是微全分析系统的核心技术之一。微泵是微流体的驱动技术的载体,是微流控系统中“跳动的心脏”。它已经能够广泛的应用在化学分析、细胞培养、药物输送和医疗诊断分析等领域。 本文根据植物的蒸腾作用驱动植物体内水分向上运输的机理,改进并制作了可调速的微流控泵,将微泵与微流控芯片连接组建了微流体驱动系统,从而能够实现对微纳流体流速的控制,同时也测试了不同湿度下微流体的流速来研究湿度对微流控泵驱动力的影响。从控制微流体流速方面较为深入的研究了微流体的蒸腾驱动技术。主要的研究内容如下： (1)改进并制作可调速仿生微流控泵并制作SU-8胶阵列微孔膜和PDMS微流控芯片。对基于植物蒸腾原理的仿生微泵进行改进,对盒腔式的微泵分别进行了装配改进、密封改进、输入端改进,对各个部件尤其是调速机构进行了有效的改进；选取琼脂糖水凝胶制作微流控泵的泵芯；参考仿照植物叶片气孔的尺寸与间距,采用掩模光刻工艺和薄膜剥离技术制作SU-8胶阵列微孔膜;并用硅片制作带有微米沟道的芯片模具,浇铸PDMS,键合制作了PDMS微流控芯片； (2)搭建仿生微泵驱动系统并进行测试实验。连接仿生微泵和测速微流控芯片,搭建微流体驱动系统,对仿生微泵对微流体驱动流速的稳定性进行测试,在显微镜下观测微泵驱动的流体在芯片中的流动情况；调节硅胶薄膜的遮盖面积,控制参加蒸腾作用的微孔数目,进行对仿生微泵流速调节的测试实验,分析微泵的驱动微流体的流速与参加蒸腾作用的微孔数目之间的关系； (3)湿度对仿生微泵驱动微流体流速的影响实验。制备室温下不同的饱和盐液,用以调节封闭环境中的湿度条件,应用以仿生微泵为驱动的微流体驱动系统,测定室温下不同湿度对该微泵的流速大小和稳定性的影响,并进行分析。 实验结果表明,在一般环境条件下,改进后的仿生微泵能够提供纳升级的稳定流速,并且可以通过改变参与蒸腾作用的微孔数目来调节控制流速,平均每增加30个蒸腾微孔,流速大约可提高0.08nl/s,最大流速达到约0.9nl/s。同时也证明了仿生微泵流速受湿度环境的影响,且流速与相对湿度正线性关系,在相对湿度为30-100%RH范围内,相对湿度值每升高1%,微流体流速就降低0.0091nl/s。
【关键词】：仿生微泵 植物蒸腾 微流控芯片 湿度控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38;TB17
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 背景和意义10-11
• 1.2 微驱动泵研究现状11-16
• 1.2.1 微泵分类和特点11
• 1.2.2 国内外研究现状11-16
• 1.3 本文研究内容16-18
• 2 仿生微泵结构设计与制作18-30
• 2.1 概述18-19
• 2.2 泵体的结构改进与制作19-27
• 2.2.1 微泵驱动外壳改进19-22
• 2.2.2 各个部件的设计改进22-23
• 2.2.3 微孔膜的结构与制作工艺23-25
• 2.2.4 调速机构的改进25-27
• 2.3 泵芯的制作27-29
• 2.3.1 泵芯材料选取27-28
• 2.3.2 制作工艺28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 测速微流控芯片制作30-36
• 3.1 微流控芯片概述30-31
• 3.2 微流控芯片的设计与制作31-33
• 3.2.1 微流控芯片的结构设计31
• 3.2.2 制作工艺31-33
• 3.3 芯片中微纳米沟道的测量33-35
• 3.4 芯片与微管的连接35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 仿生微泵的稳定性测试与流量调速实验36-43
• 4.1 仿生微泵的稳定性测试36-39
• 4.1.1 流速的测量方法36-37
• 4.1.2 实验过程与结果37-39
• 4.2 仿生微泵的调速39-40
• 4.2.1 调速的仿生原理39
• 4.2.2 调速方法39-40
• 4.3 仿生微泵的调速实验40
• 4.4 实验结果与数据分析40-42
• 4.4.1 实验结果40-42
• 4.4.2 数据分析42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 湿度对仿生微泵系统的影响研究43-52
• 5.1 湿度调节方案43-44
• 5.2 湿度控制平台的搭建44-46
• 5.2.1 温湿度控制仪表44
• 5.2.2 湿度控制平台的设计与制作44-46
• 5.3 湿度调节实验46-47
• 5.3.1 湿度调节试剂的选择46
• 5.3.2 湿度的调节效果测试46-47
• 5.4 湿度对流量影响实验47-51
• 5.4.1 湿度对流量的影响实验47-48
• 5.4.2 湿度对流量影响实验结果48-50
• 5.4.3 实验结果分析50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-55
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况55-56
• 致谢56-57

【参考文献】

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本文编号：737187