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阵列式SPR生物传感装置的进样系统研究

作　者: 曾祥华
导　师: 杨军
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 表面等离子体共振生物传感器微流控进样系统
分类号: TP212.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

表面等离体激元共振生物传感器是一种新型的高精度生化分析仪器，具有实时监测、检测方便迅速、无需标记等优点。本实验室正对2×2阵列检测的4通道SPR传感器进行研制。在SPR传感装置中，反应物需要与分布于流通池中不同位置的多种靶标分子发生反应。为了克服样本液在不同位置停留时间（待测分子与靶标分子反应时间）差异所带来的误差，需要合理的设计进样系统，使检测区内的溶液流速尽可能一致。因此，研究合适的进样系统很有必要。本研究的目的是在本实验室已有的SPR装置研究基础上，设计并制作适用于SPR传感检测的进样系统，改善实验室手工进样或单一注射泵进样的现状，保证在进样过程中检测溶液的微量和匀速稳定，实现连续自动进样、清洗、液体流速的调节以及样品和缓冲液流路的切换。通过实验验证积累经验，为后续多通道SPR检测装置的研究提供指导。本文主要内容包括：针对SPR检测装置的流通池的理论分析及数值仿真。在满足本实验室已有SPR传感器要求的前提下，设计不同边界形状的流通池以及不同长度的过渡段，对检测区内流体流场的稳定性差异情况进行分析。同时，研究在梭状流通池中添加微结构阵列扰流后对流场均匀性的影响。构建了由前处理部分和微流控系统组成的进样系统。其中包括针对单样品进样过程的流路设计、微量注射泵和微阀的选购、进样系统中微通道和流通池的制作。基于对流通池和样品进出微通道的模具加工、PDMS-PMMA的键合等微流控系统制作方法的探究，并以PDMS为主体材料，制作了PMMA-PDMS复合型的简易微流控系统。进样系统前处理部分的控制。整个进样过程中，实现了通过上位机分别对微型注射泵和微阀不同功能的控制，同时利用VC++软件制作了控制平台，控制操作显得更加方便快捷。将自制的进样系统与实验室现有的SPR传感系统组成完整的SPR检测仪，对蒸馏水和浓度呈梯度变化的乙醇溶液进行了单一样品的实际检测实验。通过对SPR共振角数据分析发现，微流控系统的引入对流体流速的改善起到了一定的作用，共振角与待测物质折射率的呈线性关系，且耦合后的整体装置具有较好的稳定性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 SPR 生物传感器的原理、特征及应用领域  9-11
    1.2.1 表面等离子体原理  9-10
    1.2.2 SPR 生物传感器的特点及应用领域  10-11
  1.3 SPR 进样系统研究现状  11-14
  1.4 课题研究目标、内容及意义  14-15
    1.4.1 课题研究目标和内容  14
    1.4.2 课题研究意义  14-15
  1.5 本章小结  15-16
2 进样系统微通道的理论分析  16-31
  2.1 概述  16
  2.2 SPR 传感器对进样系统的要求  16
  2.3 微通道中流体的流动理论  16-18
    2.3.1 液体微流控研究方法  16-17
    2.3.2 微流控流动的主要影响因素  17-18
  2.4 进样系统流通池仿真  18-23
    2.4.1 仿真方法  18-20
    2.4.2 微流通池的仿真模型  20-21
    2.4.3 仿真的控制方程和边界条件  21
    2.4.4 CFD 仿真分析  21-23
  2.5 流通池过渡段的影响  23-24
  2.6 微型扰流结构阵列的影响  24-29
    2.6.1 微柱尺寸对检测区流场分布的影响  25-26
    2.6.2 微柱个数对检测区流场分布的影响  26-27
    2.6.3 微柱分布对检测区流场分布的影响  27-29
  2.7 本章小结  29-31
3 进样系统设计与微流控系统的制作  31-42
  3.1 概述  31
  3.2 流通池的设计  31-32
  3.3 进样过程的设计  32-33
  3.4 微流控系统制作  33-41
    3.4.1 微通道的常见类型及加工材料  33-35
    3.4.2 PDMS 固化原理  35-36
    3.4.3 PDMS 基片的模具加工及制作  36-38
    3.4.4 微通道加工  38-39
    3.4.5 PDMS 键合  39-41
  3.5 本章小结  41-42
4 进样系统的控制  42-56
  4.1 概述  42
  4.2 注射泵的选择及控制  42-49
    4.2.1 注射泵的选择  42-45
    4.2.2 注射泵的控制  45-49
  4.3 微阀的选择及控制  49-53
    4.3.1 微阀的选择  49-50
    4.3.2 微阀的控制  50-53
  4.4 控制平台  53-55
  4.5 本章小结  55-56
5 实验测试及分析  56-62
  5.1 氧等离子体表面处理键合实验  56-57
  5.2 SPR 传感器测量实验  57-60
    5.2.1 蒸馏水的 SPR 检测  58-59
    5.2.2 乙醇溶液的 SPR 检测  59-60
  5.3 本章小结  60-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 总结  62-63
  6.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
附录  69
  A. 作者在硕士期间发表论文的目录  69

阵列式SPR生物传感装置的进样系统研究

内容摘要

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