基于银纳米阵列与行波式无阀微流泵的集成化LSPR生物传感器研究

发布时间：2017-06-06 23:06

  本文关键词：基于银纳米阵列与行波式无阀微流泵的集成化LSPR生物传感器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着纳米材料技术与微电子机械系统(MEMS)加工技术的不断发展,拥有高检测灵敏度的片上生物光学传感器已经成为当下的研究热点。本文研究与制备出了用于生物医学领域的集成化的银纳米LSPR微流生物光学传感芯片检测系统。主要研究工作包括：1、提出一种基于旋转微磁阵列协调驱动的行波式无阀微流泵设计方法。采用微型永磁铁阵列作为产生行波的执行器,详细分析了行波在弹性微流管道上形成的原理和理论推导。在分析微流管道的流体特性基础上,研究了微流管道的几个重要因素对微流泵工作性能的影响,并对其进行优化改进。2、电磁行波式无阀微流泵的制作。使用MEMS微加工技术加工有机玻璃(PMMA)制备微流泵的上下衬底和微流管道的制作模具；利用热成膜方法在微流管道的模具中加工液体高分子材料PDMS制作出柔性微泵管道；采用热键合加工方法将制成的微流泵管道与基底封装,最后将微型永磁铁阵列安装在微流管道的上衬底中用以完成行波式的无阀微流泵的制作。此外,还设计了多级扩散结构的锯齿形微流管道,提高了微流泵的工作性能。3、提出一种快速、简易的水热制备方法来合成银纳米粒子。借助透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见分光光度计(UV-VIS)来测试银纳米的形貌及光学特性。并将银纳米粒子自组装在白玻璃基底上,形成银纳米LSPR前端敏感元件。4、集成化银纳米LSPR生物光学传感器的制作。以银纳米LSPR阵列前端敏感元件作为检测探针,利用MEMS加工方法将行波式无阀微流泵与银纳米LSPR阵列前端敏感元件集成到PMMA基底上；并将检测光纤通过支架放置到银纳米LSPR阵列前端敏感元件处,用于实时检测LSPR消光光谱的变化。5、植物蛋白分子(ConA)的测量应用。使用行波式无阀微流泵将不同浓度的刀豆球蛋白溶液输送到固定有银纳米LSPR阵列前端敏感元件的样品池中以检测不同浓度的ConA的LSPR消光光谱,验证该传感器的检测性能。
【关键词】：局域表面等离子体共振 行波式微流泵 微流体系统 银纳米粒子 光学生物传感器
【学位授予单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN492;TP212.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 第一节 微流控芯片的发展概况11-15
• 1.1.1 微流控芯片简介11-13
• 1.1.2 微流控芯片中微流体的驱动与控制的研究背景13-15
• 第二节 局域表面等离子共振(LSPR)传感技术的研究背景15-21
• 1.2.1 纳米材料15
• 1.2.2 表面等离子波15-16
• 1.2.3 表面等离子共振16-18
• 1.2.4 局域表面等离子共振18-21
• 1.2.5 局域表面等离子共振的检测应用及研究现状21
• 第三节 本文的课题来源21-22
• 第二章 电磁行波式微流泵的结构与理论分析22-38
• 第一节 电磁行波微泵的驱动机理22-29
• 2.1.1 行波模型的理论分析22-26
• 2.1.2 行波式微流泵模型的FLUENT流体仿真分析与讨论26-29
• 第二节 电磁行波微流泵的结构设计29-37
• 2.2.1 基于旋转微磁阵列协调驱动设计29-32
• 2.2.2 微流泵锯齿管道的设计和理论分析32-37
• 第三节 本章小结37-38
• 第三章 电磁行波式微流泵的制备与性能测试38-62
• 第一节 微加工技术38-39
• 第二节 电磁行波微流泵的加工工艺以及制作方法39-44
• 3.2.1 材料的选择39-42
• 3.2.2 微流泵衬底和沟道模具的制备42-43
• 3.2.3 PDMS微流管道的制作43-44
• 3.2.4 微流管道的紫外照射表面改性44
• 第三节 电磁行波微流泵的控制电路设计44-54
• 3.3.1 控制微型直流电机的PWM技术原理45
• 3.3.2 主控芯片MSP43045-47
• 3.3.3 电源模块47-48
• 3.3.4 JTAG模块48-50
• 3.3.5 显示模块和按键模块50-53
• 3.3.6 功率放大模块53-54
• 第四节 电磁行波微流泵的组装和性能测试54-61
• 3.4.1 电磁行波微流泵的组装54-56
• 3.4.2 电磁行波微流泵的性能测试56-61
• 第五节 本章小结61-62
• 第四章 球形贵金属纳米LSPR理论模型和银纳米粒子的合成62-70
• 第一节 球形贵金属纳米LSPR的理论模型62-64
• 第二节 球形银纳米粒子的绿色合成64-69
• 4.2.1 实验材料64
• 4.2.2 实验设备64-65
• 4.2.3 合成方法65
• 4.2.4 实验结果与讨论65-69
• 4.2.5 结论69
• 第三节 本章小结69-70
• 第五章 集成化的银纳米LSPR阵列生物光学传感芯片的制作70-79
• 第一节 银纳米粒子在玻璃基片上的自组装70-73
• 第二节 银纳米LSPR阵列生物光学传感芯片检测系统的制作73-75
• 第三节 生物蛋白分子的检测应用与验证75-78
• 5.3.1 实验材料与仪器76
• 5.3.2 实验方法76-77
• 5.3.3 实验结果与讨论77-78
• 第四节 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 第一节 研究总结79-80
• 第二节 未来展望80-81
• 参考文献81-88
• 附录A88-89
• 附录B89-90
• 致谢90-91
• 个人简历91-92

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