PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究

论文题目: PMMA集成毛细管电泳芯片制作工艺研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及自动化

作者: 刘军山

导师: 王立鼎

关键词: 电泳,毛细管电泳,集成毛细管电泳芯片,紫外吸收检测,电化学检测

文献来源: 大连理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 集成毛细管电泳芯片是一种新型的微全分析系统,它具有被分析的样品用量少、分析速度快、体积小便于携带、成本低等优点,可用于无机分子、有机分子、生物大分子（如DNA、氨基酸、蛋白质）、细胞、细菌及病毒等分析检测。 本文在对国内外集成毛细管电泳芯片研究现状和存在的问题进行深入分析研究的基础上,以PMMA板材作为芯片材料,主要开展了以下4个方面的工作: 1、对塑料芯片的微沟道热压成形机理进行了研究;为了提高热压法中用到的硅模板使用寿命,将其与Pyrex7740玻璃进行静电键合,使得一块硅模板的压制寿命从大约20个芯片提高到了数百个芯片;有意选择热压温度低于PMMA的玻璃转化点温度,这缩短了整个压制过程所需的时间,同时仍然能够保持较高的复制精度;利用正交试验设计方法,系统地研究了热压温度、压强和时间对于复制精度的影响,并利用ANSYS软件对热压过程进行了模拟分析。 2、使用热压机作为热键合设备,采用正交试验设计方法,系统地研究了键合温度、压强和时间对于热键合过程中微沟道变形的影响;在对热键合工艺参数进行优化后,提出了一个理想的试验模型（80℃,0.7MPa,12min）,在该模型下制作的微沟道在深度方向上的变形率（键合后微沟道的变形量与键合前的比值）为24.7%,芯片键合强度为35KPa。利用ANSYS软件对热键合过程进行了模拟分析。在制作的一种芯片上对维生素B2进行了电泳分析,实验结果表明,采用上述的热压法和热键合法制作的芯片微沟道性能稳定,能够很好地满足电泳分析的要求。 3、利用CoventorWare软件模拟计算了死体积对于电泳分离效率的影响。研制了一种PMMA集成毛细管电泳芯片与石英毛细管的最小死体积连接方法。用直径500μm的标准钻头在芯片的端部加工出未来装配毛细管的孔,然后用自制的平头钻头将圆锥状孔底去除,形成一个平底的孔,将一外径375μm的石英毛细管插入该孔内,并用环氧树脂胶进行封接,使死体积由3.9nL降到了0.1nL。由于该芯片本身带有一根石英毛细管,所以紫外吸收检测器可以直接对其进行电泳检测。采用上述措施之后,在制作的一种芯片上成功地实现了多种药物的电泳分析。 4、研制了一种在PMMA基体上制作铜电极的加工工艺,研制成功了一种用于电化学检测的集成毛细管电泳芯片。在PMMA上溅射金属Cu,然后利用光刻、湿法腐蚀的方法制出铜电极;与另一片含有微沟道的PMMA基片热键合,制成集成铜电极的毛细管电泳芯片。在电极制作过程中,对Cu表面上覆盖的正性光刻胶的前、后烘温度及时间进行

论文目录:

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 集成毛细管电泳芯片的提出及意义

1.2 ICEC的研究进展

1.2.1 ICEC的结构

1.2.2 ICEC的进样方式

1.2.3 ICEC的材料及制作工艺

1.2.4 ICEC的分离物检测方法

1.2.5 ICEC的应用

1.3 ICEC的国内外研究机构

1.4 本文的研究内容

第二章 PMMA集成毛细管电泳芯片热压工艺研究

2.1 引言

2.2 热压成形机理研究

2.3 微沟道成形工艺研究

2.3.1 微通道结构及尺寸设计

2.3.2 光掩膜板的制作

2.3.3 硅模板的制作

2.3.4 热压PMMA基片

2.3.5 微沟道的测量

2.4 微沟道热压实验的结果与讨论

2.4.1 硅模板的使用寿命

2.4.2 热压工艺参数优化

2.5 微沟道热压成形的有限元分析

2.6 本章小结

第三章 PMMA集成毛细管电泳芯片热键合工艺研究

3.1 引言

3.2 芯片热键合工艺研究

3.2.1 芯片键合前的准备

3.2.2 芯片键合

3.2.3 芯片的微沟道尺寸测量及键合强度测定

3.3 芯片热键合工艺实验的结果与讨论

3.4 芯片热键合的有限元分析

3.5 芯片应用于电泳的分析实验

3.6 本章小结

第四章 PMMA芯片与石英毛细管间的最小死体积连接

4.1 引言

4.2 死体积影响电泳分析的原理研究

4.3 芯片与毛细管的连接工艺

4.3.1 连接毛细管的芯片制作

4.3.2 芯片上连接孔的加工

4.3.3 毛细管的连接

4.4 芯片与毛细管连接工艺的优化

4.4.1 死体积的计算

4.4.2 连接孔加工工序的编排

4.5 带有石英毛细管的芯片应用于电泳的分析实验

4.5.1 维生素B_2的电泳分析

4.5.2 联磺甲氧苄啶片的电泳分析

4.5.3 冬虫夏草中的三种核苷类成分的电泳分析

4.6 本章小结

第五章 集成铜电极的PMMA毛细管电泳芯片的制作

5.1 引言

5.2 集成铜电极的毛细管电泳芯片的制作工艺研究

5.2.1 基片的制作

5.2.2 盖片上铜电极的制作

5.2.3 基片与盖片的键合

5.3 集成铜电极的芯片制作工艺优化

5.3.1 铜电极制作工艺的优化

5.3.2 集成铜电极的PMMA电泳芯片热键合工艺参数的优化

5.4 集成铜电极的芯片应用于电泳的分析实验

5.4.1 标准葡萄糖溶液的电泳分析

5.4.2 氨基酸的电泳分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

创新点摘要

致谢

作者在攻读博士学位期间公开发表的论文及申请专利情况

参考文献

发布时间: 2005-07-04

参考文献

• [1].视频格式转换系统和芯片[D]. 王效灵.浙江大学2005

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