無泵驅(qū)動(dòng)的慣性微流控器件研制及粒子操控應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，隨著微細(xì)加工技術(shù)的不斷發(fā)展，微流控芯片在醫(yī)療診斷、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域得到了更為廣泛的關(guān)注。目前，微流控芯片已經(jīng)逐步從實(shí)驗(yàn)室研究走向商業(yè)化應(yīng)用。這對芯片的低成本大批量制造提出了更高的要求。本文以3D打印技術(shù)與激光切割技術(shù)為基礎(chǔ)，針對被動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥的恒流量調(diào)節(jié)特性，研究了低成本的無泵驅(qū)動(dòng)慣性微流控集成器件的制造與應(yīng)用。論文取得的具體研究成果如下:
　　(1)完成3D打印慣性微流控器件的性能表征及粒子富集濃縮實(shí)驗(yàn)?；诠夤?/p>

2、化3D打印技術(shù)的特點(diǎn)，改進(jìn)螺旋形微流道的打印方法，并用倒模的方法檢測該器件微流道的截面形狀精度。為進(jìn)一步降低器件加工成本，采用雙面粘性膠配合螺紋連接的密封方案將微流控器件組裝完成。結(jié)合細(xì)胞計(jì)數(shù)儀自動(dòng)計(jì)數(shù)功能，分析研究了3D打印器件內(nèi)粒子濃縮效率與驅(qū)動(dòng)流速和初始溶液里粒子濃度之間的關(guān)系，獲得了對不同尺寸粒子濃縮的最佳流速范圍。最后，將器件操控對象拓展為復(fù)雜生物顆粒，實(shí)驗(yàn)表明該3D打印器件對尺寸分散的花粉粒子和可變形的腫瘤細(xì)胞也有較好的富集

3、濃縮作用。
　　(2)掌握了被動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥的恒定流量調(diào)節(jié)規(guī)律，完成集成器件的血漿提取應(yīng)用研究。針對低成本微流控器件的即時(shí)現(xiàn)場檢測需求，設(shè)計(jì)了一種集成流量調(diào)節(jié)閥的無泵驅(qū)動(dòng)慣性微流控器件。首先，通過實(shí)驗(yàn)測量和流固耦合仿真的方法，研究討論了微閥腔室高度、彈性薄膜通孔直徑和輸入壓強(qiáng)波動(dòng)對輸出流量的影響。其次，結(jié)合微閥和慣性微流控器件各自恒流與操控粒子的特點(diǎn)，以串聯(lián)的方式將兩者集成為一個(gè)整體，該集成器件不僅具有了微閥消除輸入壓強(qiáng)波動(dòng)的特點(diǎn)，

4、也具有微流控芯片操控微米粒子的能力。最后，舍棄電力驅(qū)動(dòng)的精密注射泵，手動(dòng)按壓注射器，操控集成器件實(shí)現(xiàn)不同稀釋度下血液的細(xì)胞分離與血漿提取實(shí)驗(yàn)。
　　(3)掌握了高通量微閥與多層聚合物薄膜芯片的制作，完成高通量集成器件的粒子操控研究。發(fā)揮激光加工技術(shù)制造成本低與適宜大批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，研究了極高通量微閥與多層聚合物薄膜芯片的制造方法與集成應(yīng)用。首先，對激光切割和塑封技術(shù)的工藝進(jìn)行探索，獲得了不同材料的最佳制造參數(shù)，為后續(xù)微閥腔室和聚合