无泵驱动的惯性微流控器件研制及粒子操控应用研究

发布时间：2020-07-30 11:54

【摘要】：近年来,随着微细加工技术的不断发展,微流控芯片在医疗诊断、生物医学和环境监测等领域得到了更为广泛的关注。目前,微流控芯片已经逐步从实验室研究走向商业化应用。这对芯片的低成本大批量制造提出了更高的要求。本文以3D打印技术与激光切割技术为基础,针对被动流量调节阀的恒流量调节特性,研究了低成本的无泵驱动惯性微流控集成器件的制造与应用。论文取得的具体研究成果如下:(1)完成3D打印惯性微流控器件的性能表征及粒子富集浓缩实验。基于光固化3D打印技术的特点,改进螺旋形微流道的打印方法,并用倒模的方法检测该器件微流道的截面形状精度。为进一步降低器件加工成本,采用双面粘性胶配合螺纹连接的密封方案将微流控器件组装完成。结合细胞计数仪自动计数功能,分析研究了 3D打印器件内粒子浓缩效率与驱动流速和初始溶液里粒子浓度之间的关系,获得了对不同尺寸粒子浓缩的最佳流速范围。最后,将器件操控对象拓展为复杂生物颗粒,实验表明该3D打印器件对尺寸分散的花粉粒子和可变形的肿瘤细胞也有较好的富集浓缩作用。(2)掌握了被动流量调节阀的恒定流量调节规律,完成集成器件的血浆提取应用研究。针对低成本微流控器件的即时现场检测需求,设计了一种集成流量调节阀的无泵驱动惯性微流控器件。首先,通过实验测量和流固耦合仿真的方法,研究讨论了微阀腔室高度、弹性薄膜通孔直径和输入压强波动对输出流量的影响。其次,结合微阀和惯性微流控器件各自恒流与操控粒子的特点,以串联的方式将两者集成为一个整体,该集成器件不仅具有了微阀消除输入压强波动的特点,也具有微流控芯片操控微米粒子的能力。最后,舍弃电力驱动的精密注射泵,手动按压注射器,操控集成器件实现不同稀释度下血液的细胞分离与血浆提取实验。(3)掌握了高通量微阀与多层聚合物薄膜芯片的制作,完成高通量集成器件的粒子操控研究。发挥激光加工技术制造成本低与适宜大批量生产等优势,研究了极高通量微阀与多层聚合物薄膜芯片的制造方法与集成应用。首先,对激光切割和塑封技术的工艺进行探索,获得了不同材料的最佳制造参数,为后续微阀腔室和聚合物薄膜芯片的制作提供技术参数。其次,为提高微阀的恒定流量数值波动范围,设计了一种三支流并联的高通量微阀,将微阀恒流量提高八倍至9.95 ml/min。同时改进堆叠方案,完成四层聚合物薄膜芯片的垂直堆叠设计与装配。最后,集成高通量微阀与多层堆叠微流控芯片,实现微藻的浓缩富集应用研究。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH703

【参考文献】

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本文编号：2775501