光敏微晶玻璃微流控芯片材料制备

以具有良好的光化学加工性能的光敏微晶玻璃作为芯片材料对于简化微流控芯片制备工艺、降低芯片制备成本具有重要意义.基于这一点,利用XRD和SEM技术,研究了不同制备方法、不同玻璃组分对玻璃光化学加工性能的影响.研究表明,以溶胶凝胶法制备的均质粉体作为原料,采用低温熔制手段能提高玻璃的光化学加工性能,合理的光敏剂和晶核剂含量(分别为0.005%和0.012%)有助于提高光化学加工表面的平整度.从研究结果来看,调节玻璃中光敏剂和晶核剂含量以进一步提高玻璃光化学加工表面质量是今后工作的努力方向.     

医用微流控芯片研究进展

随着微电子学和微机电系统技术不断发展,微流控芯片技术不断创新,一些具有颠覆意义的新型医用芯片不断出现,并成为现代医学技术的支撑工具。首先,概述了医用微流控芯片的概念和应用。然后,介绍了6种具有代表性的新型医用微流控芯片的研究进展,包括基因芯片、即时诊断芯片、免疫芯片、可穿戴式芯片、数字化聚合酶链式反应芯片、循环肿瘤细胞芯片、组织与器官仿生芯片。最后,总结了医用微流控芯片的发展趋势。     

微流控芯片的键合技术

微流控芯片实验室的成品率普遍较低,其中密封技术是微流控芯片制造过程的关键步骤,也是难点之一。玻璃等硬质材料常通过热键合和阳极键合技术实现密封,而节能省时的低温玻璃键合技术更受科研人员的青睐。此外,胶黏剂键合和表面改性键合以其便捷性和实用性的优势成为玻璃和聚合物芯片键合领域重要的部分。常用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚甲基丙烯酸甲基(PMMA)高聚物材料则依据其不同的适用场合而采用不同的键合方式。介绍和分析了微流控芯片领域常用的玻璃、PDMS和PMMA材质键合方式,为微流控芯片制备方法提供了技术指向,对提高微流控芯片制作的成品率产生积极的影响。     

集成电极的PDMS-玻璃微流控芯片的制备

微流控芯片在分析化学和生物检测方面有着广阔的应用前景。对集成电极的PDMS-玻璃微流控芯片的制备工艺进行了研究与分析。最终使用SU-8快速制备阳模,使用PDMS转移图形得到具有微流控通道的PDMS盖片;在玻璃基板上加工Pt电极,除了需要外露的部分电极外,其他部分以薄层PDMS保护,得到电极基板;将PDMS盖片与电极基板半固化键合制得同时具有加热和温度传导电极以及CE高压电极的PDMS-玻璃芯片。ANSYS模拟分析证明加热芯片热惯性小,加热时温度分布效果好。     

玻璃微流控芯片的低成本制作技术

针对玻璃微流控芯片制作中普遍存在的成本高、加工周期长等问题,提出了一种基于湿法腐蚀技术的低成本、实用化制作方法。该方法以商用显微载玻片作为基底材料,采用普通负性光刻胶RFJ-220为腐蚀掩模,通过优化光刻及湿法腐蚀工艺,可得到深度大于40μm（最深可达110μm）,侧向钻蚀比为1．25：1,表面粗糙度小于5．2nm的微沟道。重点解决了光刻胶与基底之间的粘附性问题,并分析了腐蚀液的配比及腐蚀方式等对沟道形貌的影响。整个制作工艺过程简单,成本低,稳定性好,可广泛应用于玻璃微流控芯片的制作中。     

微流控芯片硅阳模的加工

研究了单晶硅阳模的制作工艺。考察了光刻胶前烘和后烘的温度、刻蚀剂浓度、组成及刻蚀温度等因素对单晶硅阳模质量的影响。得出了单晶硅阳模制作的最佳条件，用AZA620光刻胶转移图形及二氧化硅为硅片刻蚀的牺牲层，前烘温度为90℃，后烘温度为120℃，刻蚀温度为60℃；刻蚀液组成为氢氧化钾23．4％，异丙醇14．9％，水61．7％。在该条件下制作的单晶硅阳模表面光亮，通道侧壁较光滑。用热压法可快速地将此阳模上的微通道复制于聚碳酸酯基片上，每片约需时5min。已成功地复制了200多片。     

微流控芯片与计算机间通信模型的研究

微流控芯片技术是一个多领域综合应用的新兴技术,但是这一技术还处于刚刚起步的研究阶段,目前只能同计算机进行链接操作。文章就微流控芯片与计算机之间的通信模型展开分析与讨论,找出适合微流控芯片与计算机之间进行通信的模式。     

太赫兹微流控芯片

大多数生物大分子和基团的振动或者转动能级处于太赫兹频段,而其生物活性在水溶液中才能表现出来,由于水对太赫兹波的强烈吸收,从而限制了太赫兹技术的推广和应用。为了研究水溶液中生物样品的反应、变化等动态特性,将太赫兹技术和微流控技术相结合,分别研究了微流控芯片上微流控沟道的尺寸,微流控芯片的材料及其制作流程,最后用去离子水对该芯片进行了初步测试,证明了该太赫兹微流控芯片的可行性。     

微流控芯片流式细胞术

流式细胞术在单细胞分析领域应用广泛,但常规仪器体积大、价格昂贵.基于微机电(MEMS)技术的微流控芯片流式细胞术具有耗样少、集成度高、体积小等特点,可以更好地实现细胞操控、检测与分选.综述了微流控芯片流式细胞术,包括样品聚焦、信号检测、细胞分选等技术的研究进展.     

一种太赫兹微流控芯片

很多生物大分子和糖类的特征振动模式恰好位于太赫兹频段内,使得太赫兹成为一种有潜力的生物化学传感工具。水对于生物分子发挥其功能有着至关重要的作用,而由于水对太赫兹辐射有极强的吸收性,研究液体样品的太赫兹透射谱很难。设计了一款太赫兹微流控芯片,以石英片作为基底,利用光刻技术在石英片上制作出高度50 μm的微流通道,从而减少水的吸收;聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为盖膜与石英片键合后打孔。分别在太赫兹时域光谱系统中测量了芯片的透过率、水的吸收系数以及折射率,在透过率高于30%的0.2 THz~1 THz频段内水的吸收系数没有明显峰值出现,且随着频率的增加而单调递增,与前期考察结果一致。此微流控芯片有潜力用于液体在0.2 THz~1 THz频段内的光谱测量,实现对小剂量生物化学液体样品的实时、无标记传感。     

一种PDMS微混合器的制备及性能分析

介绍了一种用于微生化分析仪的PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)微混合器的模压制备,由于其兼有混合器与比色皿的功能,因此,对其透光及混合性能进行了分析。经实验证明,制品中经常出现的变形、气泡、条纹等缺陷均会使混合器的透射比变差,且缺陷越多光学性能越差。而所制作的PDMS混合器透光面的光学性能优秀,在340 nm的透射比达到90%,能够满足微生化分析仪的紫外、可见光检测要求。对膜厚为50μm的φ6 mm PDMS混合器进行定量检测发现,当驱动电压为3 V,驱动频率为80 Hz时,在5 s内能达到很好的混合效果。     

基于PDMS模具热模压制备微流控通道结构的方法

介绍了一种利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的快速成型来制备模具,再进行热模压制造微流控通道结构的方法。通过在硅片上旋涂SU-8胶进行光刻显影,得到结构模版,在此模版上浇注PDMS,脱模即得到PDMS模具。将PDMS模具进行热压,成功地在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上复制了特定的微流控通道结构。相对于常规的硅微加工和UV-LIGA工艺制造热模压模具,本方法具有加工周期短、工艺简单、成本低等优点。另外,还对温度、压力、时间等热模压的主要工艺参数进行了初步的优化研究。     

PDMS微流控光纤芯片的研制

用集成在芯片上的光纤作为激发光源,可使激发光斑的大小与微流控沟道的深度尺寸相接近,提高了检测灵敏度,省去了光学聚焦系统.利用二次曝光的方法制作了PDMS光纤芯片,实现了光纤与沟道的对准.对PDMS光纤芯片的加工工艺、封装方法和结构特征进行了探讨.用所制作的芯片对FITC（异硫氰酸荧光素）和以FITC标记的氨基酸进行了检测,结果证明了该芯片的可行性.     

PDMS微小流路微加工技术的研究

PDMS（Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷）微小流路的微加工技术,由于具有加工周期矩,加工成本低,可进行批量生产,易获得高深度比的微小结构等特点,日益成为微小流路加工技术中一个研究热点,对PDMS微小流路的特性进行了分析,实验结果表明,该方法完全适用于μTAS系统及其他生物化学分析仪器中微小流路的加工。     

基于PDMS的自组装制备可调谐光栅的研究

传统方法制作可调谐光栅的制作工艺复杂,成本高,时间长,因此,该文提出了一种新型的基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)可调谐光栅法,通过氧等离子体法制作出微米尺度的光栅结构。利用等离子体时间的可控性和PDMS的优异弹性,通过调控等离子体的时间和PDMS的拉伸程度的(最大可拉伸120%),制得所需尺寸光栅。将制得的光栅薄膜沿光栅栅线方向拉伸,随着栅线的伸长,光栅常数随之变小,从而对光栅周期进行连续、任意调谐,并获得预定的目标周期。实验表明,制作的光栅可调谐范围可达40%,且调谐过程中金属光栅保持完整,衍射角变化明显,理论值与实验值基本吻合,取得了预期的实验效果。实验结果表明,提出的新型可调谐光栅制作成本和周期降低,工艺制作过程较简单,且易控制。     

一种PDMS薄膜型微阀的制备与性能分析

通过厚胶光刻工艺在硅片上制备SU-8胶模板，利用该模板制备了高分子聚合物PDMS(Polvdimethvlsiloxane，聚二甲基硅氧烷)微流道和薄膜结构。通过对不同结构的两层PDMS的不可逆粘接得到一种简单的阀结构，在外加气源压力作用下薄膜产生变形实现对微流道的控制。实验测量了微阀的控制气源压力与被控制液体流量之间的关系，说明膜阀的开闭性能良好。根据弹性薄膜的变形理论，对影响微阀性能的参数进行了分析，并提出了几种可行的用于薄膜微阀控制的方法。     

基于PDMS的压电驱动式系列微型泵

为进一步拓展压电微泵的应用领域,以利于更好地将其集成于微流控芯片中,该文对以固态聚二甲基硅氧烷(PDMS)为泵体材料的压电微泵开展相关实验研究。通过合理设计压电振子的支承方式、阀片结构以及采用两腔串、并联结构等措施以提高压电微泵的工作性能。分别以PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为泵体材料设计制作了单腔微泵、双腔串、并联微泵,并对其工作性能进行对比性实验测试。实验证明,构造具有较好工作性能的PDMS压电微泵具有可行性,在电压90 V,频率80 Hz的情况下,PDMS双腔串联泵的输出流量达到21mL/min,输出压力达到10kPa。但与PMMA为泵体材料的压电微泵相比,PDMS压电微泵在流量、压力方面仍有近30%的差距。     

纳米ZnO/PDMS复合薄膜力敏特性研究

力学敏感单元作为力学传感检测技术的核心单元,力敏传感技术在航空航天、工程设施、医疗、石油开采等生活、生产的各个领域都存在广泛的应用。研究了纳米ZnO/PDMS复合薄膜的制备,以及复合薄膜在加速度计中的应用。以纳米ZnO颗粒为填充粒子,以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为聚合物,采用机械共混法制备了纳米ZnO/PDMS复合薄膜,并研究了复合薄膜的制作工艺、微观结构及力敏特性;并循序渐进地设计了复合薄膜在1G加速度内的力敏特性测试。实验结果表明：加速度计的灵敏度最大可达到0.484pF/g,验证该复合薄膜结构应用到加速度计中的可行性,为基于复合薄膜结构的加速度计力敏效应的验证奠定了理论依据和测试基础。     

用于微流控芯片的PDMS微混合器工艺和数值分析

介绍了一种用软光刻技术制作微流芯片上PDMS微混合器的工艺。首先用SU-8胶制作微模具,然后用复制压模法制作出PDMS微通道,最后用紫外光表面改性实现PDMS材料和玻璃基片的键合。阐述了微混合的机理,用数值分析方法对三种形状微混合器进行了液体混合效率的分析,结果表明,弯形管道特别是Z形管道,由于惯性力在横截面上产生的二次流动能有效增大液体间的微混合面积,因而大大提高了液体混合的效率。