玻璃納流控芯片的制作及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著微流控芯片在生物、化學(xué)方面的迅速發(fā)展,納流控芯片也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。納流控的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究以納流控芯片的研制為基礎(chǔ),隨著納流控芯片通道尺寸的降低,對(duì)其制作技術(shù)提出了更高的要求；在納流控芯片中,隨著通道尺寸的降低,納米通道具有一些特殊的性質(zhì)如雙電層重疊,粘度增加,電滲流降低等；這些特殊的性質(zhì)又對(duì)其在生化方面的應(yīng)用起到重要作用。本文討論了納流控芯片的制作,初步研究了納流控芯片的性質(zhì),在此基礎(chǔ)上研究了電場(chǎng)作用下離子在納米通道兩側(cè)的富集

2、及消減現(xiàn)象。 第一章首先綜述了目前制作一維納流控芯片的技術(shù)方法、納流控芯片的性能研究、以及在化學(xué)和生物化學(xué)方面的應(yīng)用研究。按照芯片制作技術(shù)的不同,可劃分為掩膜加工法,犧牲層技術(shù),模具加工法等三種主要技術(shù),此外,還有機(jī)械拉伸技術(shù),化學(xué)——機(jī)械拋光技術(shù)等其他的制作技術(shù)。文中對(duì)幾種技術(shù)做了比較詳細(xì)的介紹。同時(shí),綜述了當(dāng)前納流控芯片性能的研究現(xiàn)狀,諸如納米通道中的液體受力狀況,流體動(dòng)力學(xué)特征,電導(dǎo)率情況以及納米通道中能量轉(zhuǎn)化以及影響因素

3、。文章也介紹了目前納流控芯片在化學(xué)和生物方面的應(yīng)用研究,如試樣預(yù)分離和富集、DNA拉伸、分離等。 第二章中介紹了玻璃基質(zhì)一維納流控芯片的制作,研究建立了一整套簡(jiǎn)單易行的玻璃納流控芯片加工技術(shù)。本文利用紫外光刻和濕法刻蝕的方法制作納米通道,通過(guò)改變刻蝕液的組成提高納米通道表面的光滑度；考察了刻蝕溫度、刻蝕液濃度對(duì)納米通道深度的影響。在優(yōu)化的條件下,通過(guò)控制刻蝕時(shí)間來(lái)控制納米通道的深度。方法重現(xiàn)性好,日間刻蝕通道深度精度達(dá)到6.8％

4、(RSD,n=5)。本文利用室溫封合技術(shù),較好解決了納米芯片封合時(shí)通道易塌陷的問(wèn)題,最小深寬比可達(dá)到為5×10-5。 第三章在上述一維納流控芯片的加工基礎(chǔ)上,兩次利用紫外光刻和濕法刻蝕技術(shù)制作納微米結(jié)合的通道,成功研制出微/納流控一體化玻璃芯片。利用該技術(shù),直接將納米、微米通道制作于同一塊玻璃基片上,避免在兩塊基片上分別刻蝕微米、納米通道,然后對(duì)準(zhǔn)封合所引起的上下兩條通道易錯(cuò)位的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)表明以該技術(shù)得到的通道結(jié)構(gòu)完整,操作簡(jiǎn)單

5、,成功率高。第四章在前兩章芯片制作的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究納流控芯片的流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和納米通道的電滲流性能,同時(shí)也考察了基于微/納米通道一體化芯片的離子在納米通道兩側(cè)的富集/消減現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中,首先觀察在毛細(xì)作用下水流流經(jīng)納米通道的狀況,發(fā)現(xiàn)在納米通道中,水流不是筆直的,成彎月面的向前流動(dòng),而是無(wú)規(guī)則的向前鋪展,并且水流過(guò)程通道內(nèi)易產(chǎn)生氣泡,不易排除,可能與納米通道比表面積大,表面張力大,阻力和粘滯力都比較大有關(guān)。另外,本文嘗試?yán)秒娏鞣z測(cè)