微溝道的形狀誤差對樣品分離效果的影響.pdf

1、微流控芯片的研究是一個跨學(xué)科的新領(lǐng)域,是新世紀(jì)分析科學(xué)、微機(jī)電加工、生命科學(xué)、化學(xué)合成、分析儀器及環(huán)境科學(xué)等許多領(lǐng)域的重要發(fā)展前沿.它是以微管道為網(wǎng)絡(luò),連接微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件等具有光、電和流體輸送功能的元器件,最大限度地把采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測等分析功能集成為一體的微全分析系統(tǒng).在微流控芯片的制作和使用中發(fā)現(xiàn),微溝道表面總不可避免地存在一定程度的形狀誤差及缺陷,造成樣品的濃度區(qū)帶展寬,極大地影響電泳芯

2、片的片內(nèi)和片間分離重復(fù)性和樣品檢測精度.然而,前人的研究都是針對理想結(jié)構(gòu)對電泳分離過程的影響,目前還沒有人系統(tǒng)地研究制造過程中引入的微通道形狀誤差等因素對電泳分離的影響.本文對"微流控芯片的形狀誤差對樣品分離效果影響"這一問題進(jìn)行了全面而細(xì)致的研究.在對微流控輸運機(jī)理進(jìn)行全面認(rèn)識的基礎(chǔ)之上,利用MEMS模擬仿真軟件CoventorWare建立了一系列包含形狀誤差的微溝道模型,并對流過不用結(jié)構(gòu)形狀誤差區(qū)域后樣品的峰高和半峰寬進(jìn)行計算仿真研

3、究后得出,以收縮角和擴(kuò)張角為代表的微溝道的形狀誤差對樣品的分離效果有不同程度的影響,并存在一個影響程度的轉(zhuǎn)折點.同時,基于玻璃微流控芯片的微加工工藝,制作了兩片玻璃芯片,每片帶有4個十字交叉型微溝道,代表8個典型角度的形狀誤差值,利用這兩片芯片在"微流控芯片流體動態(tài)觀測平臺"上開展微流控分析實驗,考查玻璃芯片的形狀誤差對樣品流動和分離的影響.最終對實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并與模擬計算的結(jié)果相比較后發(fā)現(xiàn),實驗與模擬計算的結(jié)果吻合的較好,驗證了微

4、流控芯片溝道的形狀誤差對樣品分離效果的影響及其規(guī)律.綜合分析實驗及模擬計算的結(jié)果表明,以收縮角和擴(kuò)張角為代表的微流控芯片溝道的形狀誤差,對待分析樣品的流動和分離效果有很大的影響:隨著收縮角的增大,樣品的峰高和半峰寬分別呈增大和減小的趨勢變化;而隨著擴(kuò)張角的增大,峰高和半峰寬的變化趨勢正好相反.并且峰高和半峰寬隨兩種類型形狀誤差角的變化都存在一個轉(zhuǎn)折點:當(dāng)收縮角(擴(kuò)張角)小于15°(左右),峰高和半峰寬隨角度的增大而變化劇烈;當(dāng)收縮角(擴(kuò)