基于微量試劑分配控制的微操作方法和實驗研究.pdf

1、在涉及對微米級對象的操作中,由于尺度效應和表面效應,粘著力相對重力通常占據主導地位,如何精確地拾取與可靠的釋放成為微操作中的關鍵性問題,而且這一問題隨著微對象尺寸的不斷減小而日益加劇。目前,微操作中通常采用機械夾持或真空吸附方法,由于應力集中在拾取微對象時容易造成微對象表面產生嚴重變形和刮痕,甚至導致微對象破壞,因此需要探索新型的無損操作方法。
　　本文提出基于微量試劑分配控制的微對象操作方法,通過不同的驅動方案,利用控制液滴體積

2、的方式調整液體與微對象之間形成的液橋,通過液橋提供的毛細作用力對微對象進行拾取,通過液滴的噴射實現微對象的釋放操作。
　　首先,結合典型的固液界面毛細力計算模型,建立毛細管中液體與微對象間的液橋中的毛細力計算公式,在此基礎上分析影響毛細力大小的因素和利用毛細力控制進行微操作的可行性;提出基于壓強控制毛細管末端彎月面進行微對象拾取,基于壓電驅動使微量試劑液滴脫離毛細管進行微對象釋放的微操作方法,分析驅動方案的工作原理;對微操作過程進

3、行階段劃分,分析各階段的微操作策略。
　　其次,根據基于壓強控制毛細管末端彎月面進行微對象拾取的微操作方案,利用Fluent仿真分析壓強對毛細管彎月面的影響;根據基于壓電驅動使微量試劑液滴脫離毛細管進行微對象釋放的微操作方案,分別分析了直流電壓和矩形脈沖兩類電壓信號對毛細管末端微量液滴分配的作用和影響;直流電壓下利用Ansys分析毛細管內壁的變形,通過變形數據仿真毛細管末端彎月面的形貌;矩形脈沖電壓下利用解析式計算毛細管末端噴嘴處

4、液體流速隨時間變化的曲線,通過Fluent仿真不同電壓參數下毛細管末端液滴的變化。
　　最后,建立基于微量試劑分配控制的微對象操作實驗系統(tǒng),利用基于壓強的微操作方案進行微對象拾取實驗研究,分析壓強對毛細管末端彎月面體積的影響,研究不同彎月面體積下微球的拾取;利用基于壓電驅動使微量試劑液滴脫落的微操作方案,分別對壓電陶瓷加載直流電壓與矩形脈沖兩類脈沖信號進行不同參數下的微對象釋放實驗研究,分析參數變化對毛細管末端液滴分配以及微對象釋