基于喷墨打印的低成本、抗渗透纸基微流控芯片的制备与应用

发布时间：2022-11-11 22:30

　　微流控芯片因其微型化、集成化以及便携化的特性在食品安全、疾病筛查和环境保护方面有许多显著优势。与其他合成基底材料（例如塑料,硅板,玻璃等）相比,纸张因其天然的毛细管作用力、柔软性、可持续性、成熟的可加工性和表面化学反应性,被认为是制造无泵微流体器件的极具吸引力的基底材料。迄今为止,已经成功报道了一系列用于构建纸基微流控的方法如光刻法、蜡印法、蚀刻法、喷墨印刷法等,并在医疗、食品和环境等领域得到应用。本文针对现有方法中待测液在管道运输过程中滞留量大导致样品输送效率低,以及一些疏水物质难以形成足够的疏水屏障等科学问题,从造纸工艺出发,提出了一种集成表面处理技术和喷墨印刷技术的简单高效的纸基微流控芯片制造方法,以实现纸基芯片低成本化,并防止待测液对纸基的过度渗透,提高微流控芯片精度的同时还能进一步减少测试样品的用量。主要研究成果如下:自制纤维素纸作为纸基微流控芯片的载体,基于浆内施胶和表面施胶两种可进行纸张疏水性能调控的方法,以通道内液体的渗透性能以及扩散性能为评价标准,确定了纸基芯片的理想制备工艺条件:漂白硫酸盐桉木浆制备纤维素纸（预设定量为80 g/m~2）,烷基烯酮二聚体（AKD）与改... 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 微流控技术简介
    1.2 基底材料的发展
    1.3 纸基微流控的基本原理
    1.4 国内外纸基微流控芯片的制备方法
        1.4.1 光刻法
        1.4.2 绘图法
        1.4.3 蜡印法
        1.4.4 刻蚀法
        1.4.5 等离子体处理法
        1.4.6 喷墨打印法
        1.4.7 柔性版印刷法
        1.4.8 丝网印刷法
        1.4.9 激光处理法
    1.5 纸基微流控芯片的常用检测法
        1.5.1 荧光法
        1.5.2 比色检测法
        1.5.3 电化学检测法
        1.5.4 化学发光法和电化学发光法
    1.6 纸基微流控芯片的应用
        1.6.1 在食品检测中的应用
        1.6.2 在医疗检测中的应用
        1.6.3 在环境检测中的应用
    1.7 纸基微流控中的喷墨打印
        1.7.1 喷墨打印技术的原理
        1.7.2 喷墨打印技术的应用
    1.8 研究目的、意义及主要研究内容
        1.8.1 研究目的与意义
        1.8.2 主要研究内容
第二章 纸基微流控芯片图案化方法的建立
    2.1 前言
    2.2 实验原料
    2.3 仪器与设备
    2.4 实验方法
        2.4.1 疏水化较佳工艺条件的确定
        2.4.2 芯片纸基的制备
        2.4.3 胶料及试剂的配制
        2.4.4 芯片纸基的表面施胶
        2.4.5 纸张压光处理
        2.4.6 纸张厚度测定
        2.4.7 扫描电子显微镜分析
        2.4.8 表面接触角测定
        2.4.9 通道打印设置与分析
    2.5 结果与讨论
        2.5.1 纸基微流控通道构建方案
        2.5.2 浆内施胶量对流体在通道内流动效果的影响
        2.5.3 表面施胶剂配比对流体在通道内流动效果的影响
        2.5.4 压光处理对流体在通道内流动效果的影响
        2.5.5 表面施胶中纸张种类对通道内流动效果的影响
    2.6 本章小结
第三章 低成本、抗渗透纸基微流控芯片的性能表征
    3.1 前言
    3.2 实验原料
    3.3 仪器与设备
    3.4 实验方法
        3.4.1 表面施胶纸张的SEM表征
        3.4.2 表面施胶纸张的FTIR表征
        3.4.3 不同宽度打印模型及其实际宽度测定
        3.4.4 通道内的流体流动速度测定
        3.4.5 不同喷墨量打印设计
        3.4.6 纤维染色与液体渗透高度测定
        3.4.7 不同表面张力溶液配制
    3.5 结果与讨论
        3.5.1 纸基微流控芯片的设计
        3.5.2 纸张的表面微观结构及化学结构
        3.5.3 纸基芯片的打印精度及液体传输性能
        3.5.4 纸基芯片疏水区的防渗透及抗扩散性能
        3.5.5 不同表面张力的溶液对疏水屏障的影响
        3.5.6 纸基芯片的多维度比较
    3.6 本章小结
第四章 基于纸基芯片的亚硝酸盐检测领域的应用探究
    4.1 前言
    4.2 实验原料
    4.3 仪器与设备
    4.4 实验方法
        4.4.1 图形设计
        4.4.2 亚硝酸盐溶液的配制
        4.4.3 Griess试剂的配制
        4.4.4 pH值测量
        4.4.5 色差值测量
        4.4.6 密度值测量
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 纸基微流控在亚硝酸盐检测中的应用
        4.5.2 Griess试剂使用量对颜色的影响
        4.5.3 不同浓度的亚硝酸盐形成的颜色梯度
        4.5.4 试剂装载时间对颜色结果的影响
        4.5.5 装载Griess试剂的芯片存放方式探究
    4.6 本章小结
总结与展望
    结论
    研究创新之处
    研究不足之处以及对下一步工作的建议
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
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[6]AKD施胶综述[J]. 张菊先.  湖南造纸. 2012(03)
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[10]改良格里斯试剂法快速定性检测生鲜牛乳中外源尿素[J]. 朱秀高,朱静,梁娟,王捍东.  中国奶牛. 2010(05)

硕士论文
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[2]纸基微流控芯片用于葡萄糖快速检测的实验研究[D]. 黄辉洪.福建医科大学 2014
[3]应用于环境检测的低成本微流控设备的构建[D]. 唐帆.安徽理工大学 2012
[4]AKD中性施胶剂施胶机理研究[D]. 龙芬.湖北工业大学 2012
[5]印刷颜色的色差评价及其数据管理系统研究[D]. 梁艳君.西安理工大学 2007



本文编号：3705866