無泵驅(qū)動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)逐步從實驗室研究走向商業(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驗。基于光固

2、化3D打印技術(shù)的特點，改進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)合細胞計數(shù)儀自動計數(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，實驗表明該3D打印器件對尺寸分散的花粉粒子和可變形的腫瘤細胞也有較好的富集

3、濃縮作用。
　　(2)掌握了被動流量調(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現(xiàn)場檢測需求，設(shè)計了一種集成流量調(diào)節(jié)閥的無泵驅(qū)動慣性微流控器件。首先，通過實驗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波動對輸出流量的影響。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，以串聯(lián)的方式將兩者集成為一個整體，該集成器件不僅具有了微閥消除輸入壓強波動的特點，

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)動的精密注射泵，手動按壓注射器，操控集成器件實現(xiàn)不同稀釋度下血液的細胞分離與血漿提取實驗。
　　(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