集成微泵式微流控芯片關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、本課題以平面型結(jié)構(gòu)的微型無閥泵和集成微型無閥泵式微流控芯片為研究對象,研究了高刻蝕速率與高表面質(zhì)量兼具的玻璃濕法刻蝕工藝,創(chuàng)新性的建立了非超凈環(huán)境下玻璃高效鍵合的工藝路線,同時(shí),系統(tǒng)地研究了Micro-DPIV微流場可視化檢測技術(shù)中的顯微拍攝、激光照明方式、納米級(jí)示蹤粒子布朗運(yùn)動(dòng)誤差消除、跨幀技術(shù)以及高精度互相關(guān)圖像處理算法等關(guān)鍵技術(shù),研制出國內(nèi)首臺(tái)Micro-DPIV微流體流場可視化測試儀器.并集成地應(yīng)用這兩項(xiàng)微流控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),完成

2、了平面型微型無閥泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樣機(jī)制造及性能優(yōu)化,并以芯片型實(shí)驗(yàn)室(Lab on Chip)為應(yīng)用目標(biāo),將微型無閥泵作為自動(dòng)換樣與清洗裝置與電泳芯片實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及工藝的一體化集成.本課題針對玻璃濕法刻蝕的刻蝕劑成份及配比、刻蝕環(huán)境、刻蝕溫度以及清洗周期等關(guān)鍵因素進(jìn)行了大量工藝實(shí)驗(yàn),以兼具高刻蝕速率與高刻蝕表面質(zhì)量為工藝指標(biāo),通過大量工藝實(shí)驗(yàn)總結(jié)出多種適合不同刻蝕要求的工藝路線,系統(tǒng)地解決了微流控器件刻蝕深度大及刻蝕表面質(zhì)量要求高的關(guān)鍵工藝問

3、題.與此同時(shí),在玻璃熱鍵合工藝問題上采用超純水下玻璃捏合以及真空預(yù)鍵合相結(jié)合的方法,有效避免了空氣中雜質(zhì)對鍵合質(zhì)量的影響,在無超凈環(huán)境下實(shí)現(xiàn)玻璃/玻璃的高效熱鍵合,極大地提高了鍵合成品率.這兩項(xiàng)基本工藝的研究為基于玻璃材質(zhì)微流控器件的加工提供了多種工藝方案和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)曲線.在微型無閥泵設(shè)計(jì)與樣機(jī)研制過程中,通過系統(tǒng)仿真與液固耦合流場仿真相結(jié)合的方法對微型無閥泵進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與計(jì)算,尤其針對進(jìn)出口錐管錐角大小對微泵效率的影響進(jìn)行了Micro