片上球形玻璃諧振密度計的制備及表征研究.pdf

1、微流控技術(shù)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作集成到一塊極小的芯片上，并對微量液體進(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的報導(dǎo)尚不多見，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。而懸臂梁一直浸

2、入在液體中會導(dǎo)致密度傳感器的性能下降，硅微管式密度計的制備工藝復(fù)雜、成本高而且測量結(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特性以及其作為液體密度檢測計的可行性。結(jié)果表明:球形玻璃諧振器頂部區(qū)

3、域在上下振動模態(tài)時豎直方向的位移比較明顯，故利用多普勒測振儀測振時，應(yīng)該選擇諧振器頂部區(qū)域并且激勵其上下振動模態(tài)來進(jìn)行振動測試。另外，球形玻璃諧振器中液體密度的變化會影響其諧振頻率。液體密度增大時，球形玻璃諧振器的諧振頻率減小。液體密度變化較小時，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)圓片級制備且均勻性較好等優(yōu)點(diǎn)。
　　最后，利用多普勒測振儀對填充不同密度的葡萄糖溶液的超聲微流控芯片進(jìn)行了振動特性測試分析。結(jié)果表明，芯片內(nèi)填充不同密度的液體時，球形玻璃諧振器的諧振頻率會發(fā)生一定偏移;液體密度增大時，球形玻璃諧振器的諧振頻率減小;液體密度變化較小時，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。