基于PDMS微流控芯片的組織液透皮抽取方法及系統(tǒng)研究.pdf

1、組織液透皮抽取式連續(xù)血糖檢測(cè)技術(shù)作為一種微創(chuàng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的血糖檢測(cè)技術(shù)，已經(jīng)成為連續(xù)血糖檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在組織液透皮抽取式連續(xù)血糖檢測(cè)技術(shù)研究中，透皮抽取出的組織液量非常微小，導(dǎo)致對(duì)微量組織液的有效抽取、收集、輸運(yùn)、體積定量和對(duì)葡萄糖濃度的檢測(cè)存在很大難度。只有通過(guò)微流控芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)組織液透皮抽取、收集和定量等功能模塊的微型化、集成化，才能建立起研究組織液透皮抽取式連續(xù)血糖檢測(cè)中的科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)所必須的實(shí)驗(yàn)裝置，并進(jìn)一步推

2、動(dòng)組織液透皮抽取式連續(xù)血糖檢測(cè)儀器的微型化、實(shí)用化和臨床應(yīng)用。因此，本文將組織液透皮抽取方法的研究與微流控芯片技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)了芯片級(jí)的組織液透皮抽取系統(tǒng)，研究解決了組織液透皮抽取、收集和定量中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
　　 本文首先提出了一種用PDMS加工的文氏管。從流體力學(xué)的角度分析了文氏管各部分結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其輸出負(fù)壓與輸入壓強(qiáng)關(guān)系的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析了理論推導(dǎo)和經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論，總結(jié)了文氏管結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法，給出了適合系統(tǒng)小

3、型化，滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)組織液透皮抽取和微管路中流體輸運(yùn)要求的文氏管結(jié)構(gòu)。
　　 提出了一種微量導(dǎo)電液體流量計(jì)。在檢驗(yàn)雙電極對(duì)型微流量計(jì)測(cè)量勻速和勻加速導(dǎo)電液體體積性能的基礎(chǔ)上，分析了影響雙電極對(duì)型微流量計(jì)精度、穩(wěn)定性和小型化的因素，進(jìn)而提出了四電極對(duì)型微流量計(jì)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了四電極對(duì)型微流量計(jì)控制生理鹽水定量注入和測(cè)量微量導(dǎo)電液體體積的性能，結(jié)果表明：四電極對(duì)型微流量計(jì)能夠穩(wěn)定(CV=0.0041，n=20)的控制9.70μL生理

4、鹽水實(shí)現(xiàn)定量注入，能夠?qū)?-3μL生理鹽水實(shí)現(xiàn)高精度體積測(cè)量，絕對(duì)測(cè)量誤差小于0.17μL，特別是對(duì)1.50μL以下生理鹽水體積的絕對(duì)測(cè)量誤差小于0.04μL。
　　 提出了一種氣動(dòng)微流體控制閥。采用PDMS設(shè)計(jì)加工的氣動(dòng)微流體控制閥的關(guān)閉壓強(qiáng)大約為60 kPa，與理論推導(dǎo)計(jì)算得到的關(guān)閉壓強(qiáng)62.85 kPa十分接近。在95 kPa真空負(fù)壓驅(qū)動(dòng)下，微管路內(nèi)生理鹽水的流/?？刂瓶梢酝ㄟ^(guò)氣動(dòng)微流體控制閥閥膜頂部壓強(qiáng)在170 kPa和

5、大氣壓之間的切換實(shí)現(xiàn)。
　　 提出了一種將文氏管、微流量計(jì)、氣動(dòng)微流體控制閥、腔體和微管路集成在一起的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)PDMS鍵合技術(shù)，采用層狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)核心部件的集成。通過(guò)離體豬皮組織液透皮抽取模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在其內(nèi)部文氏管輸出負(fù)壓的驅(qū)動(dòng)下，能夠連續(xù)、自動(dòng)的完成生理鹽水的定量注入功能、透過(guò)低頻超聲預(yù)處理的豬皮抽取含糖生理鹽水的功能、無(wú)損收集樣品溶液的功能和精確測(cè)量透皮抽取出的含糖生理鹽水體積的功能，體積測(cè)量的絕對(duì)偏差低于0