微流控芯片非接触电导检测技术

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非接触电导检测(CCD)是一种简单通用的检测方法,它避免了接触式电导检测中检测电极易污染、易产生气泡等缺点。近年来,非接触电导检测越来越多的被应用于微流控芯片检测技术中,并展现出广泛的应用前景。本文根据微流控芯片检测池的结构建立了新的非接触电导检测的等效电路模型。采用反推法计算电极之间的寄生电容,这种方法考虑了电极周围所有介质对寄生电容的影响。为了保证等效模型的准确性,建立模型时,考虑了沟道中正对电极的溶液对模型的影响,将电极与该段溶液划分为若干个宽度相同的小段进行分析,每一个小段看作是由一个薄膜电容和一个溶液阻抗组成。最后,理论分析了等效模型中薄膜电容和寄生电容对非接触电导检测灵敏度的影响。根据非接触电导检测的原理,设计了信号检测电路,该电路可以产生幅值与频率可调的正弦激励信号,能够从芯片接收电极上提取出微弱电流信号。为了实现在狭小的空间里连续取样,设计了带有探针的微流控芯片,该芯片由三层结构组成:集成薄膜电极的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片,用于隔离芯片上电极与溶液的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和集成微沟道的PDMS盖片。采用蠕动泵原理,设计了一种体积小巧的负压进样装置。采用雕刻工艺,设计制作了安装微流控芯片和负压装置的手持支架,从而实现了检测仪器的便携式操作。使用不同浓度的KC1溶液对项目组设计的便携式非接触电导检测仪器进行了测试,分析了激励频率、检测池电极间距对检测器输出信号的影响。根据实验结果,分析了调理电路和电极之间寄生电容对检测信号的影响。最后,根据本文提出的非接触电导检测等效电路模型计算了检测仪器的理论输出值,相比于简单模型,该模型的理论输出值与实验值更加接近。
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