数字微流控芯片上液滴操控技术的基础性研究

摘要

微流控液滴技术包括微流控通道液滴技术和微流控数字液滴技术(Digitalmicrofluidics，DMF)两种类型。数字液滴技术是通过向芯片基板电极上施加电压，从而改变芯片介质层与其上液滴的固液表面张力为原理，通过控制实现单个或多个离散液滴在芯片平面上运动为基础，完成液滴的产生、分裂及运输等操作的一种技术。近年来，微流控数字液滴技术已逐渐发展为一门成熟的技术，并将在化学，生物学，医学等领域展现出广阔的应用前景。
　　本研究针对低成本中等通量数字液滴微流控芯片应用中的需求，通过设计和改进芯片、夹具与加样系统等手段，探索数字芯片上的自动加样模式，完成了加样方式由传统开放式向封闭式的转变，完善了液滴的智能操控技术和液滴捕获技术，实现了数字微流控芯片上液滴的导入-驱动-捕获-回收等多环节的精准操控，并在此基础上对芯片上的蛋白吸附问题加以研究，为数字芯片进一步的应用拓展提供基础性的技术支持。对现有的数字微流控芯片平台进行了规模和性能上的优化和改进，对改进和升级的系统进行相关测试和反馈调节，提高了数字微流控芯片的液滴规模以及控制系统的合理性和稳定性。对数字芯片液滴的基本操控技术进行了系统的优化，将传统开放式的加样方式改为封闭式自动化加样，实现了液滴的自动导入-驱动-捕获-回收等多环节的精准操控，解决了一系列基础性技术难题，完善了液滴操控的基本技术。对数字芯片上的蛋白吸附问题进行相关研究，尝试使用新的超疏水层和利用表面活性剂来缓解芯片上的蛋白吸附问题，对比了不同板材上不同表面活性剂的效果，综合评价了基于两种板材（镀铬玻璃板与印刷电路板）的芯片的各项性能，为解决芯片上的蛋白吸附问题和进一步拓展数字芯片的应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 数字微流控芯片的简介

1．1．1 数字微流控芯片的定义

1．1．2 液滴受电机械力作用物理模型

1．1．3 数字微流控芯片的特点及优势

1．2 数字微流控芯片的应用进展

1．3 本文的研究思路

2 数字液滴微反应器的平台构建

2．1 实验仪器和试剂

2．1．1 主要实验仪器

2．1．2 主要实验试剂

2．1．3 实验试剂预处理

2．2 实验方法

2．2．1 集成式数字液滴操控系统

2．2．2 数字芯片的图案设计和掩膜制作

2．2．3 芯片下极板的制备

2．2．4 数字芯片上极盖板的制备

2．2．5 数字芯片的绝缘配方工艺

2．3 结果与讨论

2．3．1 数字液滴微反应芯片通量规模的改变

2．3．2 数字液滴微反应器控制系统与系统集成的变化

2．3．3 数字液滴芯片绝缘配方工艺的标准化

2．3．4 数字微流控芯片的制备

2．3．5 液滴在96电极数字芯片上的简单驱动

2．4 本章小结

3 数字微流控芯片上液滴操控的基本技术

3．1 实验仪器和试剂

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验试剂

3．1．3 实验试剂预处理

3．2 实验方法

3．2．1 数字芯片上液滴的导入与回收

3．2．2 液滴路径的规划计算机程序实现

3．2．3 数字芯片上液滴的捕获技术

3．3 结果与讨论

3．3．1 数字芯片上液滴的自动导入与回收性能考察

3．3．2 数字芯片上液滴的裂分与融合

3．3．3 数字芯片上液滴的捕获

3．4 本章小结

4 数字微流控芯片上蛋白吸附问题的研究

4．1 实验仪器和试剂

4．1．1 实验仪器

4．1．2 实验试剂

4．2 实验方法

4．2．1 对超疏水层ZXL-SS-02的探索

4．2．2 铬板芯片上不同表面活性剂的接触角测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 超疏水层ZXL-SS-02的性能测试

4．3．2 铬板上不同表面活性剂性能的考察

4．3．3 PCB板上不同表面活性剂的性能考察

4．3．4 两种板材芯片的综合对比和评价

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢