集成毛細管電泳芯片電動進樣數(shù)值模擬.pdf

1、集成毛細管電泳芯片是生物分析領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新興的分析裝置,它具有快速、高效、節(jié)約樣品和能用計算機處理存儲分析結(jié)果等優(yōu)點,在DNA序列分析、DNA片段分離、PCR產(chǎn)物分離分析及細胞分離等生物及醫(yī)藥領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用.在集成毛細管電泳芯片的電泳分離中,首先要解決的問題就是驅(qū)動樣品進入芯片內(nèi)的分離溝道,目前解決這個問題的方法是采用電動進樣技術(shù)來控制樣品在微溝道內(nèi)的流動模式.在樣品、緩沖液以及電泳芯片的物理參數(shù)已經(jīng)確定下來之后,施加在電極

2、上的驅(qū)動電壓組合將是決定流體流動模式的主要因素.因此,通過計算機數(shù)值模擬獲得不同進樣條件下的電勢、速度場以及流場的分布情況,從而得知流體在微溝道內(nèi)的流動情況,既可以避免盲目的實驗嘗試,提高實驗效率;同時也可以為集成毛細管電泳芯片的版圖設(shè)計提供有價值的參考依據(jù).本文首先在理論上分析了集成毛細管電泳電動進樣系統(tǒng)的微觀模型,研究了電場力驅(qū)動流體在微溝道內(nèi)流動模式的規(guī)律;運用有限差分法建立了系統(tǒng)的計算機數(shù)值模型,并用渦量-流函數(shù)法得到了模型的結(jié)

3、果;運用有限容積法建立了系統(tǒng)的另一個計算機數(shù)值模型,并用改進的壓力耦合方程的半隱式法對模型進行了計算,得到了不同驅(qū)動電壓組合時微溝道內(nèi)的電勢、速度場和流場的分布,其中流場分布直觀的給出了溝道內(nèi)流體的流動模式.利用第二種模型,模擬了進樣和分離過程,從理論上總結(jié)了外加電壓控制微溝道內(nèi)流體運動的一般規(guī)律,得到了適用于電動進樣過程的較好的電壓組合.利用理論模擬的結(jié)果,設(shè)計了電動進樣實驗,獲得了與理論計算結(jié)果吻合非常好的實驗結(jié)果,從而驗證了本文建