基于新型3D電極的介電泳微粒分離微流控芯片研究.pdf

1、微粒分離在疾病診斷、生物化學(xué)分析、食品安全和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域均具有重要作用。傳統(tǒng)的分離手段有離心法、流式細(xì)胞法、色譜分析法、熒光篩選法等，而基于微流控芯片的介電泳分離技術(shù)以其樣品消耗量低、分析時(shí)間短、易于集成等優(yōu)勢(shì)，成為微粒分離的一種新型手段。常規(guī)介電泳分離，用于施加電信號(hào)的電極通常較難實(shí)現(xiàn)與PDMS結(jié)構(gòu)的封裝，進(jìn)而阻礙了介電泳分離芯片的集成化進(jìn)程。
　　因此，本文基于易于封裝新型電極開(kāi)展介電泳分離芯片的研究，分析了介電泳微粒分離的

2、機(jī)理，并對(duì)分離過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，以新型3D微電極陣列為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和制作了三層結(jié)構(gòu)分離芯片，搭建了微粒分離系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同尺寸和不同介電特性的分離。
　　首先，揭示了微流控分離芯片中微粒分離的機(jī)理：闡述了微流控芯片中流體流動(dòng)的特點(diǎn)，確定了流場(chǎng)中微粒受到的主要作用力，推導(dǎo)了中性粒子在非均勻交流電場(chǎng)中受到的介電泳力公式，計(jì)算了懸浮液中聚苯乙烯微球和酵母菌的頻率響應(yīng)特性曲線(xiàn)，分析了微粒在微通道的運(yùn)動(dòng)軌跡和分

3、離機(jī)理。
　　其次，設(shè)計(jì)了微粒分離芯片并進(jìn)行了有限元仿真：基于新型3D電極設(shè)計(jì)了三層結(jié)構(gòu)微流控分離芯片，建立了分離芯片的二維仿真模型，對(duì)主通道內(nèi)流場(chǎng)、電場(chǎng)和介電泳力的分布進(jìn)行了仿真，預(yù)測(cè)了粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，并分析了芯片結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)對(duì)分離的影響。
　　再次，加工制作了微粒分離芯片：依照分離芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了加工方案，采用光刻工藝加工了ITO基底層，使用AgPDMS導(dǎo)電材料制作了3D電極陣列，之后加工了PDMS微通道結(jié)構(gòu)，并對(duì)分離芯片