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PDMS在微流控生物芯片技术中的新型应用

作　者: 汪鹏
导　师: 陈迪；陈翔
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: PDMS 纳米粒子改性 聚合物微针 微阀 梯度芯片
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文研究了PDMS(聚二甲基硅氧烷)在微流控芯片技术中的新型应用,包括纳米粒子改性PDMS用于微流控流道的制作;PDMS转印用于关键器件-聚合物微针的制作;以及PDMS制作的微阀在微浓度梯度芯片中的应用。本论文的主要工作有:1.概述了微流控聚合物芯片常见的加工方法,重点介绍了热压工艺以及热压工艺中模具的加工方法,并提出一种新型的低成本、快速的热压模具制作法,利用纳米粒子改性PDMS,提高其物理性能,并用改性PDMS做热压模具,制作微流道芯片。2.对聚合物微针的常见加工方法进行综述,并提出一种新型的低成本的实心微针制作方法,充分利用了PDMS精确复制图形,容易脱模的优点,结合体硅工艺和UV-LIGA工艺,制作一种环氧树脂的实心异面采样微针。3.充分发挥PDMS杨氏模量小,容易发生形变的特点,设计制作了一种微流控芯片中的常用器件—微阀,即气动常开的微阀,并应用于一种微阀控制的多分子梯度反应芯片中。本论文工作紧紧围绕统PDMS材料的特点,结合本实验室工艺特色,研究开发出有针对性的,低成本的,工艺简单的,非常规的工艺方法,来加工生物芯片中的微管道以及各种器件。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 研究背景  11
  1.2 微流控技术  11-16
    1.2.1 微流控技术简介  11-12
    1.2.2 聚合物微流控芯片微通道的成形工艺  12-14
    1.2.3 微流控芯片成形模具制备工艺  14-16
  1.3 微流控关键器件----微针的应用及研究意义  16-21
    1.3.1 微针的应用领域以及研究意义  16-18
    1.3.2 微针在生物医学方面的应用  18-19
    1.3.3 微针分类和加工方法  19-21
  1.4 微流控工艺的材料——PDMS  21-24
    1.4.1 PDMS 的物理化学性质  22-23
    1.4.2 PDMS 加工工艺  23-24
  1.5 PDMS 微阀在微浓度梯度芯片  24-25
    1.5.1 PDMS 微阀  24-25
  1.6 本论文的研究意义及主要研究内容  25-26
    1.6.1 研究目的及意义  25-26
    1.6.2 研究内容  26
  1.7 本章小结  26-27
第二章 纳米粒子改性PDMS 制作热压模具  27-47
  2.1 引言  27-28
  2.2 PDMS 的性能特点及其改性  28-30
  2.3 PDMS 改性技术制作热压模具工艺实验  30-34
    2.3.1 光刻胶模板的制备  30-32
    2.3.2 改性PDMS 模具的制备  32-33
    2.3.3 利用PDMS 模具进行聚合物材料的热压  33
    2.3.4 改性PDMS 力学性能测试  33-34
    2.3.5 电泳芯片的制备  34
  2.4 结果与讨论  34-46
    2.4.1 热压结果  34-38
    2.4.2 力学测试结果  38-43
    2.4.3 表面粗糙度的研究  43-44
    2.4.4 电泳芯片的制备  44-46
  2.5 本章小结  46-47
第三章 PDMS 在制备聚合物微针中的应用  47-67
  3.1 引言  47-48
  3.2 微针工作原理和聚合物微针的加工方法  48-50
    3.2.1 微针的结构和工作原理  48-49
    3.2.2 聚合物微针的加工方法  49-50
  3.3 体硅微加工与UV-LIGA 复合工艺  50-51
  3.4 PDMS 技术制作聚合物微针的设计  51-55
    3.4.1 微针结构材料的选取  51-52
    3.4.2 聚合物微针阵列的结构设计  52-53
    3.4.3 微针力学分析  53-54
    3.4.4 加工方案的确定  54-55
  3.5 应用PDMS 制作聚合物微针实验  55-66
  3.6 实验结论  66
  3.7 本章小结  66-67
第四章 PDMS 在微阀门控制浓度梯度反应芯片中的应用  67-79
  4.1 引言  67
  4.2 PDMS 薄膜微阀原理与加工方法  67-68
  4.3 微流体浓度梯度芯片  68-69
  4.4 微阀控制多分子微浓度梯度反应芯片  69-75
    4.4.1 浓度梯度芯片沟道的设计  69-70
    4.4.2 微梯度芯片的数学建模  70-74
    4.4.3 COMSOL 流体模拟  74-75
  4.5 微阀门控制浓度梯度反应芯片中的制作  75-76
  4.6 芯片的测试  76-78
    4.6.1 浓度梯度芯片的验证  76
    4.6.2 微阀门控制浓度梯度反应芯片的测试  76-78
  4.7 本章小结  78-79
第五章 总结与展望  79-81
  5.1 论文研究工作总结  79
  5.2 本文创新点小结  79-80
  5.3 未来工作展望  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间发表的学术论文  84-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 专用集成电路
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