悬浮式生物芯片中微流场系统的研究

论文摘要

生物芯片技术是生物信息技术领域中新兴发展并得到长足进步的一项高新技术，它实现了对生物信息的快速检测和分析。悬浮式生物芯片技术是对生物芯片技术的继承和发展，并且具有微球探针的反应面积大、通量大、灵敏度信噪比好、杂交反应场所理想和操作简便等的优点。微流器件是悬浮式生物芯片信息检测收集的平台，流体流速的控制和待测试液的推射与微流器件共同组成微流场系统。微流场系统是悬浮式生物芯片检测技术中的重要组成部分。 本论文主要提出了悬浮式生物芯片的两维多探针进样并行检测方法，用CCD对微球探针进行凝结成像，得到被检测悬浮式生物芯片所需要的全部信息；设计了实验装置，分析了其可行性，并且进行了实验验证；结合流体力学理论，分析了微流体的流动性质、微球探针在微流场中的运动状态，用Stokes方程求解微流场。并提出了用会切磁场约束微球探针；详细介绍了机械方法、激光烧蚀法和湿法蚀刻制备微流器件的方法和原理，并给出了这三种方法制备的微流器件，对它们的微槽表面粗糙度、微槽的形状对检测结果的影响进行了比较。 本论文还对微流场系统进行了实验，给出了聚苯乙烯微球在微流器件中的形态。提出了一种减小背景噪声的方法并且进行了实验验证。用CCD对微通道中的微球进行了连续凝结成像，分析了实验结果，对后续的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1生物芯片及其检测技术
• 1.1.1 生物芯片
• 1.1.2 微流控芯片
• 1.1.3 生物芯片技术应用
• 1.1.4 固态生物芯片及微流控芯片的局限性
• 1.2 悬浮式生物芯片技术
• 1.2.1 悬浮式生物芯片技术简介
• 1.2.2 悬浮式生物芯片的检测原理
• 1.2.3 悬浮式生物芯片技术的特点
• 1.2.4 微流场系统在悬浮式生物芯片检测技术中的作用
• 1.3 本论文主要研究内容和目标
• 1.4 本章小结
• 第二章 实验方案设计
• 2.1 悬浮式生物芯片检测系统方案设计
• 2.2 微流场系统的设计要求
• 2.3 微流场系统实验方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 悬浮式生物芯片技术中的微流场研究
• 3.1 引言
• 3.2 悬浮式生物芯片微流器件中微流场的动力学描述
• 3.2.1 Stokes方程
• 3.2.2 微球在微流场中的约束方法
• 3.2.3 微球在微流场中的运动状态描述
• 3.3 Stokes流体在微通道中的特例分析
• 3.3.1 用雷诺数判断微通道中微流体状态
• 3.3.2 微通道中微流体的阻力计算
• 3.3.3 毛细现象及浸润
• 3.3.4 气体栓塞现象及排除
• 3.4 本章小结
• 第四章 流场系统中微流器件的制备
• 4.1 引言
• 4.2 机械加工法制备微流器件
• 4.3 激光烧蚀法制备微流器件
• 4.4 湿法蚀刻制备微流器件
• 4.4.1 湿法蚀刻方法原理
• 4.4.2 湿法蚀刻制备微流器件的实验过程
• 4.4.3 湿法蚀刻制备微流器件实验的讨论
• 4.5 键合
• 4.6 机械加工法、激光烧蚀法和湿法蚀刻制备的微流器件比较
• 4.7 本章小结
• 第五章 微流场系统实验过程及结果
• 5.1 实验过程
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结及讨论
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢