基于介电润湿效应的微液滴操控

基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进.结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数字微流控芯片,并加工出介电层分别为SiO2及SiO2-Si3N4-SiO2两种结构的芯片.实验结果表明,在接触角饱和阶段,所改进的Young-Lippmann方程能在一定程度上反映微液滴接触角的变化趋势.此外,SiO2-Si3N4-SiO2复合介电层结构中的微液滴操控电压低于SiO2单一介电层中微液滴操控电压.     

基于数字微流控芯片的液滴驱动及检测集成化

为了精确控制数字微流控(DMF)芯片内液滴的位置及运动范围,在液滴驱动行进过程中需及时检测液滴所在位置,这对于液滴在特定位置进行分离、混合或存储具有重要作用。为了更好地实现驱动与检测技术集成,设计了正交矩阵电极,利用电极间电容值差异获得液滴位置,借助分时工作方式通过电极复用实现驱动与检测的结合,既可有效保证液滴的准确控制,又可大大减少引线密度,降低芯片加工难度。实验结果表明电极上有无液滴时电容值差异明显,差值最大可达1 400 fF,且可靠性良好,电容值误差范围保持在2%以内,经可见光图像验证,液滴位置检测准确率可达100%。根据检测到的液滴位置,利用搭建完成的数字微流控系统为液滴规划路径,完成了高锰酸钾与维生素C溶液的褪色反应,证明本系统可实时完成液滴的可控驱动与准确检测。     

基于介电润湿的数字微流控系统液滴精准生成与分裂

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统能实现微升级别的多个液滴移动、分裂、合成等操作.针对目前基于EWOD的DMF系统液滴生成和分裂精度不高、效率低、难以精准控制的问题,在传统的电极设计基础上,设计了一种可以实现液滴精准生成和分裂的混合型驱动电极的EWOD芯片,并且研制了能与设计芯片匹配的驱动控制系统....     

一种双极板结构数字微流控芯片研制

基于介电润湿研制了一种将零电极布局为介电层表面的双极板结构数字微流控芯片.为了降低驱动电压并提高介电层的抗击穿能力,将介电层设计为Si3N4-SiO2层状复合结构.30 V直流电压作用下,成功实现了对0.5 μL去离子水微液滴的连续输运操控;且在100 V以内电压作用时,均未出现介电层击穿.实验结果表明所研制数字微流控芯片可行.     

基于红外光强的数字微流控系统定位

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控(DMF)系统是一种能够实现多个独立的微液滴控制的新兴技术。该技术具有芯片结构简单、控制方法易于实现、样品消耗小和无流体运动死区等优点。为了满足DMF系统液滴精准驱动与控制的迫切需求,提出了一种基于红外光强的DMF系统定位方法,该方法可以在驱动控制液滴的同时,实现无输入参数的液滴精准定位。进一步基于该定位方法,实现了DMF系统的反馈控制。最终实现了一套具备液滴驱动、定位和反馈功能的DMF控制系统。实验结果表明提出的方案有利于提高DMF系统应用的成功率和可靠性。在同样的芯片参数结构下,成功率提高了约38%。同时设计的控制系统可以为其他研究基于EWOD的DMF系统的研究团队提供一个可靠的自动化实验平台。     

基于介质上电润湿的液滴产生器的研究

根据介质上电润湿的基本原理,对用于数字微流控系统的"三明治"结构器件中影响液滴输运和产生的因素进行了理论分析,并研制出了一种新型液滴产生器原型:液体被夹在上下两个电极板之间;下极板采用硅作为衬底、LPCVD掺杂多晶硅微电极阵列上热氧化生长的的SiO2薄膜作为介质层;上极板采用ITO透明导电玻璃板作为地电极;另外,在上下极板的表面都均匀旋转涂覆了一层30 nm厚的Teflon薄膜为表面疏水层.实验结果表明,在空气气氛中,该器件在10 Hz 70 V的脉冲电压下成功地实现了从蓄水池中对去离子水滴的分发.     

基于改进等效电容模型的数字微流控液滴定位反馈系统

基于介电润湿(EWOD)效应的数字微流控技术是近十年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。为了满足对数字微流控中液滴精准驱动与控制的迫切需求,结合现有的液滴定位方法的研究,设计了改进的等效电容模型,该模型方法在无输入参数下实现多液滴的定位。基于该液滴定位模型,提出了驱动参数的反馈优先级调整策略,最终实现了一套具备驱动、定位及反馈一体的数字微流控控制系统。实验结果表明提出的方案有利于提高微液滴的连续输运的成功率,在同样的芯片参数结构下,成功率提高了接近40%,对数字微流控系统进一步的应用研究具有一定指导意义。     

基于液滴打印的纸质微流控芯片制备

介绍了一种基于液滴打印技术制作纸质微流控芯片的简单方法。蜡以液滴的形式喷射到滤纸上,加热蜡图案形成疏水屏障,用于生物试剂测定。制作的玻璃微喷嘴无需复杂的制造技术,成本低廉,简单且容易制作。喷射蜡滴稳定均匀。通过改变驱动电压、频率和加热温度及时间来实验研究蜡线的宽度,最终在纸质芯片上制备出宽度为2 600μm、长度为10 mm的蜡质疏水流道。用所制的纸质微流控芯片装置实现蛋白质、葡萄糖和pH值的多重测试。采用以液滴打印技术为基础的蜡滴生成系统制作纸质微流控芯片,成本低,简单,易于使用且制作快速。     

基于介电润湿的微流控液滴定位与反馈系统研究

基于介电润湿效应的数字微流控技术是近年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术。针对目前对微流控精准驱动与控制的迫切需求,从介电润湿驱动机理分析入手,开展微量液滴驱动理论研究,设计实现了一款低电压驱动微流控芯片。同时通过建立液滴模型与分析液滴连续运动的特性,提出一个改进的芯片-液滴等效电容系统模型。根据这个模型,设计一套高智能化和精确度的液滴运动定位反馈系统。液滴移动实验表明设计的液滴定位反馈系统能精确地定位液滴当前的运动位置与状态。实时地把定位信息准确地反馈到驱动系统,提高了液滴移动的连续性和液滴移动速度。     

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。     

基于石蜡打印的PDMS微流控芯片制备及实验应用

介绍了一种基于数字化石蜡液滴微喷射技术制作微流控芯片的方法及其应用,制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片可用于微液滴的生成和两相流的微混合。实验所需玻璃微喷嘴制备简单、成本低廉。石蜡阳模的形状可自主设计,通过调节驱动电压、驱动频率和加热温度可控制石蜡液滴尺寸及石蜡线宽。利用此方法在石英玻璃基底上打印出石蜡阳模,通过PDMS溶液浇注、固化、倒模、清洗再与石英玻璃基板键合等一系列工艺,最终可实现不同内径、不同流道形状的PDMS芯片,制作过程方便快捷,成品质量较好,设计自由度较高。最终通过调整系统各项参量制作出流道内径约为235μm的PDMS微流控芯片,并利用所制作的十字型流道PDMS微流控芯片生成了微液滴,用螺旋形流道的PDMS微流控芯片完成了亮蓝、柠檬黄两种颜色水溶液的微混合。     

基于半开放式微流控芯片的ZnO纳米材料的合成

设计并制备了一种半开放式微流控芯片,通过微通道喷管在邻近区域产生浓度梯度,探究了不同体积流量下的浓度变化,并在该区域合成氧化锌(ZnO)纳米材料.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对ZnO纳米材料的形貌和晶体结构进行了表征.结果 表明,由于流场和扩散的影响,生长溶液在合成初期会形成显著的浓度梯度,进而...     

基于介电泳微流控芯片实现amol级分子量检测

设计并制作了一种快速检测宫颈癌细胞C4II的微流控芯片。制作的微芯片结构是采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICP-RIE)工艺制备的硅模具为核心的复合结构,微芯片中包含一个10×10的微腔室阵列,单个微腔室底面半径40μm,高度500μm,整个微腔室的理论溶液体积达到250 pL。荧光检测系统采用波长(340±15)nm的激发光滤波片和波长(480±30)nm的接收光滤波片的最佳滤光类型,同时利用介电泳(DEP)法浓缩核酸以及采用硅烷偶联法固定核酸探针OMU-opy2来增加荧光强度。实验结果表示,该微流控芯片能检测到有效荧光的样品溶液最低浓度可低至7.8 nmol/L,从而微芯片的RNA分子量检测极限提升至1.9 amol。     

基于核酸检测的微流控芯片设计与传热分析

为了解决传统数字聚合酶链式反应(PCR)扩增过程中移液操作产生的问题以及升降温速率慢的弊端,设计了一种连续流数字PCR微流控芯片,能对包含PCR反应体系的微滴进行快速扩增,可以提升核酸检测过程中的扩增效率.用COMSOL对芯片微通道内部的温度分布和两相流体的共轭传热进行了数值模拟.结果 表明,芯片内部能产生95、55和...     

基于介电电泳的微尺度颗粒分离研究进展

对基于连续型、时变型及与其他力场联用的三类介电电泳颗粒分离技术进行了综述。分析表明,连续型介电电泳的分离效果较好,但形式较为单一,一般为二元或顺序分离;时变型介电电泳则可以结合不同特点的分离形式,提高分离的选择性与灵活性;为了兼顾分离的通量、灵活性与分辨率等要求,与其他形式力场联用则是解决问题的有效途径之一。在此基础上,给出了介电电泳技术在分离问题中的几个研究方向,包括拓展至具有复杂结构的颗粒类型,与具体的生物和医学问题相结合向应用领域发展,以及与磁场等外加力场相结合等。     

基于微流体的ZnO纳米线的合成

微流控芯片在纳米材料的合成方面具有突出的优势,在芯片中通过微流体的操控制备ZnO纳米线,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)对制备得到的ZnO纳米线的表面形貌、晶体结构及成分进行表征。实验结果表明,在具有微腔室结构的微通道中可以构建浓度梯度,从而在单一通道中制备得到形貌及尺寸不同的致密ZnO纳米线,成为高效探索纳米材料合成条件的便捷手段。分别以玻璃片、ZnO种子层和ZnO纳米线为载体,对异硫氰酸荧光素标记的羊抗牛IgG抗体进行荧光检测,发现ZnO纳米线可显著增强荧光信号。     

有机铁电共聚物P(VDF-TrFE)铁电极化反转机理的STM研究

本文用一种改装了的ＳＴＭ技术,可以直接观察到聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）的共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）的铁电畴这一技术我们称之为“局域压电性”探测技术。通过测量有机铁电共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）样品的表面振动,我们可以村分辨出正、负和非振动畴,并记录了极化反转过程中畴结构的变化。实验结果可以用一个“非平衡的四阱势”模型来解释。     

基于压电薄膜传感器的软抓取机械手研究

基于压电效应和热电效应的新型薄膜传感器聚偏氟乙烯(PVDF)设计软抓取机械手,通过采集对抓取和释放过程中电荷量的变化判断抓取状态,利用模糊控制理论调控舵机实现软抓取功能。抓取质量小于1kg,体积小于10-3 m3的物体,平稳移动0.6m到达指定位置,偏移误差小于3cm;加入热觉感知功能,温度高于60℃时仿生机械手会自动弹开。基于压电薄膜传感器的软抓取机械手克服了传统机械手无法自主判断夹持力度的弊端,提高了仿生功能。     

基于单神经元PSD压电微驱动系统控制的研究

压电式微驱动器具有灵敏度高，响应快，易于控制，性能稳定等特点，由于压电陶瓷复杂的机理．它存在着迟滞、蠕变和非线性的压电误差，且受环境温度、外力振动等因素影响。在高精度定位时存在较大误差，为了消除压电陶瓷迟滞、蠕变、非线性及其他外部因素对定位精度的影响，采用了单神经元比例、求和、微分（PSD）功能的控制算法。实现微驱动定位工作台的实时控制。实验证明该控制算法对系统定位控制很有效。