介电击穿电渗流微流控芯片加工方法研究
微流控芯片技术是近年来发展起来的一种全新的分析技术，微流控芯片实验室包含多种功能单元以及微通道网络用来完成反应、分离和检测功能，而各个功能单元之间样品的运输依赖于液体流动，这是微流控技术研究的重要内容之一。电渗流是微流控芯片中流体重要的操控技术，其直接利用电场对流体进行驱动，不需要设计微泵、微阀等结构，易于集成化、微型化。 本文以电渗流形成的基本理论入手，推导电场和流场双物理场耦合的控制方程，研究二维均匀直微通道电渗流和介电击穿电渗流的流动情况。采用两种加工方式制作介电击穿电渗流微流控芯片，通过对比分析选择性价比较优的加工方式制作的微流控芯片进行击穿实验，并用电流监测法测量电渗流速度。 (1)微流控芯片中电渗流动的仿真分析研究。建立二维直微流道模型，设置流体参数和边界条件，在中间一段区域间施加电压，引起电渗流动，使得二维流道左右两段均产生压差，并通过泰勒弥散效应来标记速度场的分布，以达到速度场可视化的目的。 (2)介电击穿电渗流驱动的研究与仿真设计。建立类似于双T型模型，中间击穿坝的厚度为5μm。通过调整微通道两端的电压使得击穿坝两端的电压达到70V，实现5μm坝的击穿。然后详细分析击穿坝处的电势变化情况，以及整个微流道中流体运动规律。 (3)介电击穿电渗流微流控芯片制备。进行了SU-8胶转印PDMS制作介电击穿电渗流微流控芯片和干膜-PDMS转印制作介电击穿电渗流微流控芯片两个实验，通过两个实验分别得到了具有击穿坝的微流控芯片。然后对两种的制作方法从各个方面进行了对比分析。 (4)微流控芯片的进样及介电击穿实验。使用双通道注射泵将试样泵入微通道，初次进样时时出现了泄漏现象。然后针对进样过程中出现泄漏的原因进行详细分析和讨论，对制作微流控芯片的流程进行改进。通过改进步骤后制作的微流控芯片，在进样过程没有出现泄漏现象，进样效果好。选择两块芯片，进行击穿实验，在两个微通道测到了稳定的电压，说明发生了介电击穿。 (5)电渗流速度检测。用电流监测法对不同浓度的NaCl溶液电渗流进行测量，结果表明EOF速度随着浓度的增大反而逐渐下降，但是二者之间并不是线性递减关系。
微流控芯片;加工工艺;电渗流;介电击穿
北京化工大学
硕士
机械工程
张亚军;蔡恒志
2017
中文
TN405
90
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）