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液液萃取微流控芯片的制备工艺及应用研究

发布时间:2019-01-12 08:24  文章来源:笔耕文化传播
【摘要】:微流控芯片在科学仪器的发展进程中发挥了极其重要的作用,微型化、集成化和便携化是微流控:芯片的主要特征。微流控芯片集成了包括样品采样、样品反应、样品分离和检测等功能,在化学合成、生物医疗、环境监测等领域有着广泛的应用前景。随着微细加工技术的发展,微流控芯片的加工手段也变得种类繁多,不仅包括传统的光刻和刻蚀技术,还包括近年来发展的模塑法、热压法、软光刻技术等。本论文通过采用将传统的光刻和刻蚀工艺与PDMS微复制工艺结合的方法,制备了基于PDMS的液液萃取微流控芯片,并对微流控芯片的萃取效率进行了相应的应用研究。微细加工技术是制备微流控芯片的主要手段。本论文分别利用微加工技术中的正胶工艺和负胶工艺制备出了双Y型微流控芯片结构的光刻胶模具和硅模具。通过PDMS的微复制工艺制备了基于PDMS的微流控芯片,并与外接的驱动器和检测系统结合,研制了包括进样、反应、检测在内的完整的微流控芯片系统。微流控芯片的接口是连接宏观世界与微观的微流控器件的媒介,是制约微流控芯片应用的瓶颈难题之一。随着微流控芯片技术的不断发展,各种微流控芯片接口技术也被研究人员提出来。本论文提出了一种新型的可重复使用的PDMS弹性接口方法,通过一体化成型工艺简化了接口的制备过程。这种PDMS弹性接口与外接管道有较好的结合强度和较大的耐压强度,最大耐压可以达到330kPa。通过匹配接口模具和外接管道的尺寸,能够进一步提高PDMS弹性接口可承受的最大流体压力。这种PDMS弹性接口的制作方法可以发展成为实验室加工微流控芯片接口的通用方案。在层流萃取微流控芯片中,萃取效率受到了缓慢的扩散速率的限制。本论文通过在微通道中增加辅助结构的方法来促进微通道中层流流体的混合和交换,提高了液液萃取的效率。通过有限元模拟仿真分析了微通道中的流体在辅助结构影响下的水力线和速度场分布情况,提出了辅助结构增强萃取的原理。十字形辅助结构增强萃取的效果最好。以R6G为荧光探针,十字形辅助结构增强的微流控芯片的萃取效率是传统的空白型微流控芯片的3.5倍,最终使液液层流萃取荧光检测芯片的富集倍率达到18.6倍,检测限达到0.27ppb。液液萃取分离技术是化学分析中最常用的分离手段之一,但是它的富集倍率受到了有机相/水相比值的限制。在本文中,我们设计了一种检测池微腔结构来实现微流控芯片的液液微萃取,通过不同的进样方向实现微萃取芯片的萃取和清洗过程。此外,我们还分析了萃取效率和微萃取持续时间与进样速率的关系,在低流速时,萃取效率随流速的提高而增大:在高流速时,过快的速缩短了两相的接触时间,同时过快的流速加速了检测池微腔处有机相的溶解和转移,缩短了整个微萃取系统的持续时间,减小了萃取效率。以R6G为荧光探针,液液微萃取荧光检测芯片的富集倍率达到29倍,检测限达到0.3ppb。
[Abstract]:......
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN492

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