肽核酸芯片光导原位合成系统中微流体反应器的研制

论文摘要

肽核酸作为DNA的类似物,在与相应的DNA或RNA序列杂交反应时,表现出更高的特异性和更好的稳定性。因此由肽核酸单体合成的肽核酸芯片作为一种新型的基因芯片,近年来在各种基因研究中得到了广泛的应用。在肽核酸芯片的几种合成方法中,光导原位合成技术以其合成速度快、芯片密度高、成本低等优点表现出全新的竞争力。而微流体反应器作为光导原位合成的场所,其性能好坏直接影响合成的效果。本文按照反应器在流速均匀性、放置方位无限制性、密封性、化学稳定性等方面的要求,从反应器结构和反应池形状两方面设计了一种新的微流体反应器。该反应器采用压装式结构,主要由基座、反应池板、玻片、橡胶圈和旋盖组成。多种定位和固定设计使反应器的组装简单,使用方便。利用PDMS制作的反应池板上设有一个依据仿生学的原理设计的类似梭形的反应池。为了从理论上证明梭形反应池的流场分布均匀效果好于常规的菱形反应池,建立了张角为125度、135度和145度情况下的几组模型,利用Fluent计算流体力学软件进行仿真后,通过对仿真数据的分析,显示了梭形反应池的均匀率R更大,均匀效果更好。进一步增大张角和改变进出口宽度进行仿真后,优化了梭形反应池的设计。将反应器按照最终设计方案加工装配后,经过手工实验并用于光导原位合成系统中进行实际的曝光反应,最终得到了均一的与掩模一致的图案,验证了本设计的有效性,可以广泛应用于各种基因芯片的合成系统中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 肽核酸芯片概述
• 1.1.1 肽核酸的特性
• 1.1.2 肽核酸芯片及其制备方法
• 1.2 光导原位合成技术
• 1.3 肽核酸芯片的光导原位合成系统
• 1.4 微流体反应器
• 1.5 论文工作与文章结构
• 第二章 设计要求与设计方案
• 2.1 反应器设计要求
• 2.2 现有反应池优缺点分析
• 2.3 结构设计
• 2.3.1 管路连接
• 2.3.2 反应器结构
• 2.3.3 反应器的组装
• 2.4 形状设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 建模与仿真
• 3.1 Fluent计算流体力学软件介绍
• 3.1.1 计算流体力学概述
• 3.1.2 fluent软件
• 3.1.3 CFD基本方程
• 3.2 建模与仿真
• 3.2.1 CAD立体建模
• 3.2.2 gambit网格划分
• 3.2.3 fluent求解计算
• 3.2.4 结果的显示
• 3.3 本章小结
• 第四章 仿真结果分析与设计优化
• 4.1 仿真分析
• 4.1.1 张角为125度时效果对比
• 4.1.2 张角为135度时效果对比
• 4.1.3 张角为145度时效果对比
• 4.1.4 分析总结
• 4.2 设计优化
• 4.2.1 选择最佳张角
• 4.2.2 确定进出口宽度
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验验证与芯片合成
• 5.1 反应器加工
• 5.2 手工实验
• 5.2.1 实验装置连接
• 5.2.2 手工实验结果
• 5.3 肽核酸合成条件优化实验
• 5.3.1 合成系统介绍
• 5.3.2 合成反应
• 5.3.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 主要工作
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果