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基于手持式电晕处理器制作微流控纸芯片并进行流体操控的研究

作　者: 蒋艳
导　师: 何巧红
学　校: 浙江大学
专　业: 分析化学
关键词: 微流控纸芯片电晕制作唾液亚硝酸盐流体操控
分类号: O657
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

微流控纸分析器件(microfluidic paper-based analytical devices, uPADs)又称微流控纸芯片(microfluidic paper-based chip),它用纸作为基底,通过各种加工技术形成平面或三维立体亲／疏水微通道网络及相关分析器件。μPADs可应用于临床诊断、食品质量控制、环境检测等领域,实现分析技术的低成本化、微型化、集成化、便携化、自动化和大众化,是一种新颖的微流控分析技术。然而,μPADs目前还处于研究初期,很多方面包括微加工技术、流体的操控等还需进一步的完善。手持式电晕处理器具备瞬时处理的功能,已被用于传统微流控芯片的封合和微通道内表面改性。本文旨在研究建立一种采用手持式电晕处理器制作微流控纸芯片的新方法；研究建立纸芯片内流体操控的新技术。全文共分两章：第一章,综述了微流控纸芯片的研究进展及电晕处理在微流控芯片加工中的应用。首先,综述了目前文献已报道的微流控纸芯片加工技术。二维纸芯片加工技术主要包括紫外光刻、蜡印、等离子体处理、喷墨打印、喷墨刻蚀、绘图、丝网印刷、柔印、激光处理、融蜡浸透等,通过这些技术形成平面亲-疏水微通道网络；在二维纸芯片的基础之上,通过叠加法和折纸法形成三维立体亲-疏水微通道网络,构建三维纸芯片。其次,综述了纸芯片在临床诊断、食品质量控制、环境检测和其他方面的应用。最后,综述了电晕处理在微流控芯片加工中的应用,主要包括在芯片的封合和微通道内表面改性等方面的应用。第二章,研究建立了一种采用手持式电晕处理器快速制作微流控纸芯片的新方法以及纸芯片内流体操控的新技术。首先,在滤纸纤维素表面自组装十八烷基三氯硅烷(OTS)单分子层,滤纸由亲水变疏水,然后在模具的保护下区域选择性电晕处理降解OTS,形成亲水性微通道和微反应区。考察了三种标配电极的电晕处理效果,发现顶针电极具有强的灵活性和可操作性,适用于构建纸芯片的各种亲水图案。采用顶针电极,固定输出电压,考察了电晕处理时间对亲水性能的影响,研究结果表明,单位面积(每平方厘米)的OTS-滤纸,其接触角随处理时间的增加而下降直至0。,亲水深度(指滤纸表层至内层的纵向深度)随处理时间增加而增加直至最大值约50μm。用X射线光电子能谱(XPS)和衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FT-IR)对滤纸表层进行表征,探究了电晕处理前后滤纸亲疏水性转换的机理。制得的纸芯片在干燥条件下可稳定储存一个月(其接触角基本不变)。将用本方法制得的纸芯片用于实际唾液样品中亚硝酸盐含量的定量检测,结果与离子色谱法相一致。同时,利用手持式电晕处理器瞬时处理的能力,以控制酸碱中和反应为例,成功实现带阀(疏水坝)纸芯片内的流体操控。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-9
Abstract  9-14
第一章绪论  14-46
  1.1 引言  14-15
  1.2 微流控纸芯片的研究进展  15-39
    1.2.1 二维纸芯片的加工技术  15-23
      1.2.1.1 紫外光刻  15-17
      1.2.1.2 蜡印法  17
      1.2.1.3 等离子体处理法  17-18
      1.2.1.4 喷墨打印法  18
      1.2.1.5 喷墨刻蚀法  18-19
      1.2.1.6 绘图法  19
      1.2.1.7 丝网印刷法  19-20
      1.2.1.8 融蜡浸透法  20
      1.2.1.9 融蜡印章法  20
      1.2.1.10 柔印法  20-21
      1.2.1.11 激光处理法  21-23
    1.2.2 三维纸芯片的加工技术  23-26
      1.2.2.1 叠加法  23-26
      1.2.2.2 折纸法  26
    1.2.3 纸芯片的应用  26-38
      1.2.3.1 临床诊断  26-31
      1.2.3.2 食品质量控制  31-33
      1.2.3.3 环境监测  33-35
      1.2.3.4 其他应用  35-38
    1.2.4 总结与展望  38-39
  1.3 电晕放电在微流控芯片加工中的应用  39-41
    1.3.1 封合  39
    1.3.2 微通道改性  39-41
  1.4 本课题的研究目标及意义  41-42
  参考文献  42-46
第二章基于手持式电晕处理器制作微流控纸芯片并进行流体操控的研究  46-70
  2.1 引言  46-47
  2.2 实验部分  47-52
    2.2.1 仪器  47
    2.2.2 材料与试剂  47
    2.2.3 微流控纸芯片的制作  47-50
      2.2.3.1 镂空模具的制作  47-49
      2.2.3.2 滤纸硅烷化  49
      2.2.3.3 硅烷化滤纸区域选择性电晕处理  49-50
    2.2.4 表征  50
      2.2.4.1 表面接触角测量  50
      2.2.4.2 X射线光电子能谱(XPS)  50
      2.2.4.3 衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FT-IR)  50
    2.2.5 分析应用  50-52
      2.2.5.1 硝酸盐检测  50-51
      2.2.5.2 纸芯片内流体操控  51-52
    2.2.6 电晕发生器使用注意事项  52
  2.3 结果与讨论  52-66
    2.3.1 设计思路  52-54
    2.3.2 电晕处理实验条件的探索与优化  54-60
      2.3.2.1 模具设计  54-55
      2.3.2.2 电极选择  55-57
      2.3.2.3 电晕处理时间的优化  57-58
      2.3.2.4 电晕处理深度的考察  58-59
      2.3.2.5 图案化效果  59-60
    2.3.3 机理研究  60-61
    2.3.4 亲水性能的稳定性  61-62
    2.3.5 分析应用  62-66
      2.3.5.1 唾液样品中亚硝酸盐含量的测定  62-64
      2.3.5.2 纸芯片内流体操控  64-66
  2.4 结论  66-68
  参考文献  68-70
作者简介  70

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