集成毛細(xì)管電泳芯片電動(dòng)進(jìn)樣數(shù)值模擬.pdf

1、集成毛細(xì)管電泳芯片是生物分析領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新興的分析裝置,它具有快速、高效、節(jié)約樣品和能用計(jì)算機(jī)處理存儲(chǔ)分析結(jié)果等優(yōu)點(diǎn),在DNA序列分析、DNA片段分離、PCR產(chǎn)物分離分析及細(xì)胞分離等生物及醫(yī)藥領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.在集成毛細(xì)管電泳芯片的電泳分離中,首先要解決的問(wèn)題就是驅(qū)動(dòng)樣品進(jìn)入芯片內(nèi)的分離溝道,目前解決這個(gè)問(wèn)題的方法是采用電動(dòng)進(jìn)樣技術(shù)來(lái)控制樣品在微溝道內(nèi)的流動(dòng)模式.在樣品、緩沖液以及電泳芯片的物理參數(shù)已經(jīng)確定下來(lái)之后,施加在電極

2、上的驅(qū)動(dòng)電壓組合將是決定流體流動(dòng)模式的主要因素.因此,通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬獲得不同進(jìn)樣條件下的電勢(shì)、速度場(chǎng)以及流場(chǎng)的分布情況,從而得知流體在微溝道內(nèi)的流動(dòng)情況,既可以避免盲目的實(shí)驗(yàn)嘗試,提高實(shí)驗(yàn)效率;同時(shí)也可以為集成毛細(xì)管電泳芯片的版圖設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考依據(jù).本文首先在理論上分析了集成毛細(xì)管電泳電動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)的微觀模型,研究了電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)流體在微溝道內(nèi)流動(dòng)模式的規(guī)律;運(yùn)用有限差分法建立了系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模型,并用渦量-流函數(shù)法得到了模型的結(jié)

3、果;運(yùn)用有限容積法建立了系統(tǒng)的另一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)值模型,并用改進(jìn)的壓力耦合方程的半隱式法對(duì)模型進(jìn)行了計(jì)算,得到了不同驅(qū)動(dòng)電壓組合時(shí)微溝道內(nèi)的電勢(shì)、速度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布,其中流場(chǎng)分布直觀的給出了溝道內(nèi)流體的流動(dòng)模式.利用第二種模型,模擬了進(jìn)樣和分離過(guò)程,從理論上總結(jié)了外加電壓控制微溝道內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律,得到了適用于電動(dòng)進(jìn)樣過(guò)程的較好的電壓組合.利用理論模擬的結(jié)果,設(shè)計(jì)了電動(dòng)進(jìn)樣實(shí)驗(yàn),獲得了與理論計(jì)算結(jié)果吻合非常好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,從而驗(yàn)證了本文建