片上蠕动微泵及其应用研究
发布时间：2023-10-21 15:21
微泵作为微流控系统的动力源,因其具有装置体积小、易于大规模集成、所需样本试剂少,有效比容积高、试剂利用率高等优点,吸引了生物化学分析领域研究者越来越浓厚的兴趣。在各种类型的微泵中,蠕动微泵作为多腔室机械式微泵,对运输的液体性质不敏感,具有生物兼容性好、运输分辨率高、响应频率高、反向截止压强大等优点,在药物运输、细胞培养、片上混合、微液滴生成等领域应用潜力极为广泛。本论文针对改善微泵响应频率、死体积、制造工艺、成本高、和所需试剂体积大等问题,提出了一种芯片上的蠕动微泵技术。该技术将致动器和微流控芯片分离,使得芯片即插即用成为可能,提高了致动器的重复使用率,降低了使用成本。论文对片上蠕动微泵技术的工作原理、芯片设计、系统构建以及具体应用进行了研究,具体概括如下:1.提出了一种新型片上蠕动微泵技术方案。致动器和芯片采用分离式、模块化设计,结构简单。文中建立了微泵流体输运的数学模型,利用该模型分析了微泵的输运能力与芯片几何结构参数和致动器工作参数的关系。基于该方案加工制作了片上蠕动微泵系统,重点研究了致动器阵列与微流控芯片的加工与装配工艺,并对该系统进行了表征,实测了不同驱动条件与不同芯片结构...
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 微泵的特点
1.2 微泵的应用
1.3 微泵的分类
1.3.1 非机械式微泵
1.3.2 机械式微泵
1.4 片上蠕动微泵研究目的和意义
1.5 本论文研究内容与章节安排
第2章 片上蠕动微泵的工作原理与模型分析
2.1 片上蠕动微泵的工作原理
2.2 片上蠕动微泵的数学模型与有限元仿真分析
2.2.1 微管道流阻计算公式
2.2.2 片上蠕动微泵的数学模型
2.2.3 微流控芯片的有限元仿真分析
2.3 本章小结
第3章 片上蠕动微泵的设计加工与表征
3.1 致动器与控制部分的选取设计与制作
3.1.1 致动器的选取与装配
3.1.2 控制电路设计
3.1.3 软件设计
3.1.4 致动器空载性能测试
3.2 微流控芯片制备与加工
3.3 片上蠕动微泵性能表征
3.3.1 驱动电压与流率关系测试
3.3.2 驱动频率与流率关系测试
3.3.3 反向截至压强测试
3.3.4 片上蠕动微泵响应时间测试
3.4 微流控芯片结构对流体运输性能影响
3.4.1 管道长度对微泵运输性能的影响
3.4.2 微流控芯片管道流阻对流体输运的影响
3.5 本章小结
第4章 基于蠕动微泵的双通道微混合器研究
4.1 微混合器的应用前景
4.2 相对混合指数
4.3 双通道蠕动微泵微混合器的设计与搭建
4.3.1 双通道蠕动微泵致动器结构设计与装配
4.3.2 双通道蠕动微泵微混合器控制系统搭建
4.4 Y型微混合器混合效果
4.5 Y+Z型微混合器效果
4.5.1 低频模式混合
4.5.2 高频模式混合
4.6 本章小结
第5章 基于蠕动微泵的液滴生成技术研究
5.1 微流控液滴生成技术与尺寸控制
5.2 基于蠕动微泵液滴生成系统设计思路
5.2.1 双通道蠕动微泵液滴生成方法
5.2.2 蠕动微泵与注射泵组合液滴生成方法
5.2.3 负压辅助的蠕动微泵液滴生成方法
5.2.4 负压源的选取
5.3 基于蠕动微泵的负压辅助可调尺寸液滴生成技术
5.3.1 液滴生成微流控系统的工作原理
5.3.2 液滴生成微流控系统的实验装置设计
5.4 微流控芯片设计与制备
5.5 液滴尺寸调控方法
5.5.1 驱动电压与液滴长度的关系
5.5.2 驱动频率与液滴长度的关系
5.5.3 试剂的浪费分析
5.6 按需液滴生成技术的初步研究
5.6.1 按需液滴生成微流控系统的应用前景
5.6.2 T型管道中形成动态稳定油水界面
5.6.3 脉冲式运输模式下的按需液滴生成
5.7 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.1.1 本论文的主要研究成果
6.1.2 本论文主要创新点
6.2 展望
6.2.1 片上蠕动微泵的机械装夹优化
6.2.2 微流控芯片的结构优化
6.2.3 致动器并行优化
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢
本文编号：3856099
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 微泵的特点
1.2 微泵的应用
1.3 微泵的分类
1.3.1 非机械式微泵
1.3.2 机械式微泵
1.4 片上蠕动微泵研究目的和意义
1.5 本论文研究内容与章节安排
第2章 片上蠕动微泵的工作原理与模型分析
2.1 片上蠕动微泵的工作原理
2.2 片上蠕动微泵的数学模型与有限元仿真分析
2.2.1 微管道流阻计算公式
2.2.2 片上蠕动微泵的数学模型
2.2.3 微流控芯片的有限元仿真分析
2.3 本章小结
第3章 片上蠕动微泵的设计加工与表征
3.1 致动器与控制部分的选取设计与制作
3.1.1 致动器的选取与装配
3.1.2 控制电路设计
3.1.3 软件设计
3.1.4 致动器空载性能测试
3.2 微流控芯片制备与加工
3.3 片上蠕动微泵性能表征
3.3.1 驱动电压与流率关系测试
3.3.2 驱动频率与流率关系测试
3.3.3 反向截至压强测试
3.3.4 片上蠕动微泵响应时间测试
3.4 微流控芯片结构对流体运输性能影响
3.4.1 管道长度对微泵运输性能的影响
3.4.2 微流控芯片管道流阻对流体输运的影响
3.5 本章小结
第4章 基于蠕动微泵的双通道微混合器研究
4.1 微混合器的应用前景
4.2 相对混合指数
4.3 双通道蠕动微泵微混合器的设计与搭建
4.3.1 双通道蠕动微泵致动器结构设计与装配
4.3.2 双通道蠕动微泵微混合器控制系统搭建
4.4 Y型微混合器混合效果
4.5 Y+Z型微混合器效果
4.5.1 低频模式混合
4.5.2 高频模式混合
4.6 本章小结
第5章 基于蠕动微泵的液滴生成技术研究
5.1 微流控液滴生成技术与尺寸控制
5.2 基于蠕动微泵液滴生成系统设计思路
5.2.1 双通道蠕动微泵液滴生成方法
5.2.2 蠕动微泵与注射泵组合液滴生成方法
5.2.3 负压辅助的蠕动微泵液滴生成方法
5.2.4 负压源的选取
5.3 基于蠕动微泵的负压辅助可调尺寸液滴生成技术
5.3.1 液滴生成微流控系统的工作原理
5.3.2 液滴生成微流控系统的实验装置设计
5.4 微流控芯片设计与制备
5.5 液滴尺寸调控方法
5.5.1 驱动电压与液滴长度的关系
5.5.2 驱动频率与液滴长度的关系
5.5.3 试剂的浪费分析
5.6 按需液滴生成技术的初步研究
5.6.1 按需液滴生成微流控系统的应用前景
5.6.2 T型管道中形成动态稳定油水界面
5.6.3 脉冲式运输模式下的按需液滴生成
5.7 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.1.1 本论文的主要研究成果
6.1.2 本论文主要创新点
6.2 展望
6.2.1 片上蠕动微泵的机械装夹优化
6.2.2 微流控芯片的结构优化
6.2.3 致动器并行优化
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
致谢
本文编号：3856099
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