片上球形玻璃諧振密度計(jì)的制備及表征研究.pdf

1、微流控技術(shù)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過(guò)程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作集成到一塊極小的芯片上，并對(duì)微量液體進(jìn)行操控的科學(xué)技術(shù)，具有樣品用量少、分析效率高、便攜性好、成本低、精度高和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。微流控技術(shù)中，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)微量液體的在線密度檢測(cè)非常重要，在以生物醫(yī)療、化工和食品加工為典型代表的眾多領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。但是，目前專門的微流控在線液體密度計(jì)的報(bào)導(dǎo)尚不多見(jiàn)，大多是基于懸臂梁結(jié)構(gòu)和硅微管等諧振器的諧振式密度計(jì)。而懸臂梁一直浸

2、入在液體中會(huì)導(dǎo)致密度傳感器的性能下降，硅微管式密度計(jì)的制備工藝復(fù)雜、成本高而且測(cè)量結(jié)果容易受到液體中氣泡的影響。精度高、成本低的微型在線液體密度計(jì)正成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文中創(chuàng)新性地采用熱發(fā)泡法制備了球形玻璃諧振器，利用填充不同液體時(shí)球形玻璃諧振器的諧振頻率發(fā)生遷移的特點(diǎn)，研究了其在液體密度在線檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　首先，利用ANSYS分析了球形玻璃諧振器的振動(dòng)特性以及其作為液體密度檢測(cè)計(jì)的可行性。結(jié)果表明:球形玻璃諧振器頂部區(qū)

3、域在上下振動(dòng)模態(tài)時(shí)豎直方向的位移比較明顯，故利用多普勒測(cè)振儀測(cè)振時(shí)，應(yīng)該選擇諧振器頂部區(qū)域并且激勵(lì)其上下振動(dòng)模態(tài)來(lái)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。另外，球形玻璃諧振器中液體密度的變化會(huì)影響其諧振頻率。液體密度增大時(shí)，球形玻璃諧振器的諧振頻率減小。液體密度變化較小時(shí)，液體密度增量與諧振頻率增量呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。
　　其次，基于傳統(tǒng)熱成型玻璃加工工藝，研究了球形玻璃諧振器的制備方法——熱發(fā)泡法，成功制備了以球形玻璃諧振器及微流道為結(jié)構(gòu)特征的超聲微流控

4、芯片。結(jié)果表明，熱發(fā)泡法制備的球形玻璃諧振器具備結(jié)構(gòu)可控、壁表光滑、能夠?qū)崿F(xiàn)圓片級(jí)制備且均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)。
　　最后，利用多普勒測(cè)振儀對(duì)填充不同密度的葡萄糖溶液的超聲微流控芯片進(jìn)行了振動(dòng)特性測(cè)試分析。結(jié)果表明，芯片內(nèi)填充不同密度的液體時(shí)，球形玻璃諧振器的諧振頻率會(huì)發(fā)生一定偏移;液體密度增大時(shí)，球形玻璃諧振器的諧振頻率減小;液體密度變化較小時(shí)，液體密度變化量與諧振頻率變化量呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論模擬符合良好。