基于微量試劑分配控制的微操作方法和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在涉及對(duì)微米級(jí)對(duì)象的操作中,由于尺度效應(yīng)和表面效應(yīng),粘著力相對(duì)重力通常占據(jù)主導(dǎo)地位,如何精確地拾取與可靠的釋放成為微操作中的關(guān)鍵性問(wèn)題,而且這一問(wèn)題隨著微對(duì)象尺寸的不斷減小而日益加劇。目前,微操作中通常采用機(jī)械夾持或真空吸附方法,由于應(yīng)力集中在拾取微對(duì)象時(shí)容易造成微對(duì)象表面產(chǎn)生嚴(yán)重變形和刮痕,甚至導(dǎo)致微對(duì)象破壞,因此需要探索新型的無(wú)損操作方法。
　　本文提出基于微量試劑分配控制的微對(duì)象操作方法,通過(guò)不同的驅(qū)動(dòng)方案,利用控制液滴體積

2、的方式調(diào)整液體與微對(duì)象之間形成的液橋,通過(guò)液橋提供的毛細(xì)作用力對(duì)微對(duì)象進(jìn)行拾取,通過(guò)液滴的噴射實(shí)現(xiàn)微對(duì)象的釋放操作。
　　首先,結(jié)合典型的固液界面毛細(xì)力計(jì)算模型,建立毛細(xì)管中液體與微對(duì)象間的液橋中的毛細(xì)力計(jì)算公式,在此基礎(chǔ)上分析影響毛細(xì)力大小的因素和利用毛細(xì)力控制進(jìn)行微操作的可行性;提出基于壓強(qiáng)控制毛細(xì)管末端彎月面進(jìn)行微對(duì)象拾取,基于壓電驅(qū)動(dòng)使微量試劑液滴脫離毛細(xì)管進(jìn)行微對(duì)象釋放的微操作方法,分析驅(qū)動(dòng)方案的工作原理;對(duì)微操作過(guò)程進(jìn)

3、行階段劃分,分析各階段的微操作策略。
　　其次,根據(jù)基于壓強(qiáng)控制毛細(xì)管末端彎月面進(jìn)行微對(duì)象拾取的微操作方案,利用Fluent仿真分析壓強(qiáng)對(duì)毛細(xì)管彎月面的影響;根據(jù)基于壓電驅(qū)動(dòng)使微量試劑液滴脫離毛細(xì)管進(jìn)行微對(duì)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(hào)對(duì)毛細(xì)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(xì)管內(nèi)壁的變形,通過(guò)變形數(shù)據(jù)仿真毛細(xì)管末端彎月面的形貌;矩形脈沖電壓下利用解析式計(jì)算毛細(xì)管末端噴嘴處

4、液體流速隨時(shí)間變化的曲線,通過(guò)Fluent仿真不同電壓參數(shù)下毛細(xì)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(duì)象操作實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用基于壓強(qiáng)的微操作方案進(jìn)行微對(duì)象拾取實(shí)驗(yàn)研究,分析壓強(qiáng)對(duì)毛細(xì)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(qū)動(dòng)使微量試劑液滴脫落的微操作方案,分別對(duì)壓電陶瓷加載直流電壓與矩形脈沖兩類脈沖信號(hào)進(jìn)行不同參數(shù)下的微對(duì)象釋放實(shí)驗(yàn)研究,分析參數(shù)變化對(duì)毛細(xì)管末端液滴分配以及微對(duì)象釋