【摘 要】
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微流控芯片作为微机电系统(MEMS)和微全分析系统(μ-TAS)的重要研究分支,以其高度集成、轻便小巧、功能强大等特性而迅速进入人们的视线。本文以基于石蜡打印的PDMS微流控芯片制备技术为目标,分别搭建了石蜡液滴微喷射系统,探讨了石蜡液滴微喷射的脉冲驱动原理,以及各项驱动参数对石蜡液滴喷射的影响,采用两种不同的方法制备PDMS微流控芯片,并开展芯片的实际应用实验。石蜡液滴喷射系统包括3D打印工作台
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于三维微管道结构与外力场新型惯性微流控调控方法与机理探索研究”(项目编号:51705257);
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微流控芯片作为微机电系统(MEMS)和微全分析系统(μ-TAS)的重要研究分支,以其高度集成、轻便小巧、功能强大等特性而迅速进入人们的视线。本文以基于石蜡打印的PDMS微流控芯片制备技术为目标,分别搭建了石蜡液滴微喷射系统,探讨了石蜡液滴微喷射的脉冲驱动原理,以及各项驱动参数对石蜡液滴喷射的影响,采用两种不同的方法制备PDMS微流控芯片,并开展芯片的实际应用实验。石蜡液滴喷射系统包括3D打印工作台、石蜡液滴微喷射装置、以及压电致动器的脉冲驱动系统。在此系统基础上确定实验初始参数,并基于边界层理论对微喷嘴内石蜡液体所受脉冲惯性力和粘性力分析,计算出不同条件下石蜡液滴的喷射速度。并通过F luent进行了石蜡液滴微喷射过程和在基板上沉积过程的数值模拟。利用搭建的石蜡液滴微喷射系统探讨了包括驱动信号频率、幅值,工作台进给速度,喷射高度等在内的系统参数对石蜡液滴喷射效果的影响。通过对比实验得知,对于内径为150μm的微喷嘴,当驱动电压为40V时,所喷射的石蜡液滴直径变异系数最小,为0.57%,当驱动信号频率为1.8Hz,3D打印机进给速度为2mm/s时,所得石蜡液滴重叠率为64%,成线效果良好。进一步探究了石蜡液滴重叠系数和沉积层数对石蜡阳模的影响,实验中利用不同内径的玻璃微喷嘴,沉积1-5层石蜡可以制得截面深宽比范围为0.5-3.6的石蜡阳模。利用打印出的十字形、螺旋形及树状石蜡阳模,分别采用了传统的浇注、固化、倒模流程制作出基于石英玻璃基底的十字形和螺旋形流道PDMS微流控芯片。并提出了全新的基于PDMS基底的PDMS微流控芯片制作流程,在无需特殊仪器和额外操作的情况下实现了PDMS的自键合,并据此制备了树状通道PDMS微流控芯片。利用所制备的十字形通道PDMS微流控芯片,实现了直径范围为217-330μm的微液滴的连续稳定生成;利用螺旋形通道实现了红色和蓝色两相流的微混合;利用树状通道实现了红色和蓝色两种溶液的不同浓度混合以及聚苯乙烯微球的浓度梯度分离,证明了通过石蜡打印制备PDMS微流控芯片的可行性与可靠性。
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