低電壓電泳過程的參數(shù)優(yōu)化和分析效能的模擬分析.pdf

1、電泳芯片是利用微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)在玻璃、石英、有機(jī)聚合物等基片上刻蝕出預(yù)設(shè)計好的微通道網(wǎng)絡(luò)，并在其中進(jìn)行樣品的電泳分離，利用光學(xué)或化學(xué)等方法進(jìn)行檢測。電泳芯片為分離分析領(lǐng)域提供了一種全新的技術(shù)平臺，已經(jīng)開始在生命科學(xué)、藥物化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著芯片研究的深入開展，將會在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。 隨著芯片的發(fā)展和應(yīng)用，需要更精確地操縱芯片上的流體，以實現(xiàn)整個芯片的功能，因此芯片流體的定量研究對芯片功能的設(shè)計和分

2、析有重要的意義。為了對芯片做出定量的分析，需要流體理論的支持。然而當(dāng)尺寸縮小到一定范圍時，許多物理現(xiàn)象和宏觀世界有很大差別，這給我們進(jìn)行芯片的定量研究帶來了非常大的困難。目前，微流體的微流體理論還十分的匱乏，基礎(chǔ)研究尚處在發(fā)展階段，其中許多問題尚無定論，從研究手段上，實驗觀測是必須的，但是會有難度。流體的數(shù)值模擬仿真技術(shù)是一種比較實用的手段，它可以容易的改變計算條件，研究復(fù)雜邊界條件下流體的流動現(xiàn)象，具有靈活、經(jīng)濟(jì)、限制較少的優(yōu)點、對芯

3、片的設(shè)計進(jìn)行計算機(jī)模擬仿真，不僅可使實驗者對整個微流體系統(tǒng)的基本物理和化學(xué)過程有一個更全面深入的理解，激發(fā)新的設(shè)計思路和想法，指導(dǎo)芯片系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，而且可以有效的降低成本，縮短芯片的研制周期。 本文主要以數(shù)值模擬的方法來指導(dǎo)芯片的設(shè)計和優(yōu)化。以實驗室研制的兩種芯片為例，利用商業(yè)化的微流體數(shù)值模擬軟件(Coventor Ware)模擬了流體在芯片中的焦耳熱和低電壓芯片電泳過程，通過數(shù)值模擬的方法分析了影響芯片性能的參數(shù)，根據(jù)模擬結(jié)

4、果對芯片的設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化，并設(shè)計了相應(yīng)的實驗對模擬結(jié)果進(jìn)行驗證。有效探索了數(shù)值模擬方法在芯片設(shè)計中的應(yīng)用，為實驗室下一步實驗工作提供了參考。 本論文的主要工作有： 考察了通過對芯片不同參數(shù)考察了焦耳熱對芯片上分離效率的影響，并與常規(guī)芯片電泳進(jìn)行比較，對其結(jié)果進(jìn)行了討論。根據(jù)焦耳熱原理建立了數(shù)學(xué)模型，同時建立了對應(yīng)的芯片實體模型，通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)引起芯片電泳不焦耳熱的分析，針對實際樣品考察了其對芯片系統(tǒng)分離效率的

5、影響，在樣品分離中采用數(shù)值模擬，并設(shè)計了相應(yīng)的實驗，對其結(jié)果進(jìn)行了驗證，表明模擬結(jié)果和實驗結(jié)果具有較好的一致性。 在常規(guī)芯片電泳理論的基礎(chǔ)上對低電壓芯片電泳進(jìn)行了系統(tǒng)的模擬分析，建立了低電壓芯片電泳分離的理論模型和實體模型，通過Coventor Ware有限元分析軟件分析了在不同的操作條件下對其分離效果進(jìn)行了模擬分析，實現(xiàn)了低電壓芯片電泳分離蛋白質(zhì)。論文的的研究表明，利用數(shù)值模擬方法研究芯片中流體特性是一個很有效的方法，具有方便