化学发光检测PMMA微流控芯片研究

论文摘要

微流控芯片是微全分析系统（μ-TAS）中当前最活跃的领域和发展前沿。近年来,人们在微流控芯片的研究中已经取得了很大进展,研制出多种微型化、集成化的芯片。相比之下,与微流控芯片配套的高灵敏度、低成本、小体积的光学检测系统的研制却相对落后。目前大多数微流控系统使用注射泵和蠕动泵作为流体控制器件,成本高、携带不便,本课题将无阀微泵作为功能元件集成到检测系统中,用于芯片的前处理和流体控制,简化手动操作的复杂性,发挥了无阀微泵体积小、重量轻、易集成、成本低等优势。这一研究为微流控器件的应用进行基础性的初步探索,为研制低成本、操作简单、便于携带的小型化微流控芯片检测器提供技术借鉴及思路。本文基于扩散口/喷嘴原理,设计制作了三种类型的无阀微泵,并对其输出特性进行了详细研究。针对微泵在微流控分析系统中的不同用途进行选择,确定驱动参数。采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为材质制作微芯片,使用自制微泵实现芯片的快速预处理及清洗,简化了复杂的手动操作,提高了分析效率。在简单十字型芯片的基础上改进化学发光检测芯片的结构,研制出采用电渗流和微泵驱动两种液流控制方式的芯片样品。设计了以光电倍增管为光电检测器的光学检测电路,建立化学发光检测系统。在该检测系统中,被测样品氨基酸通过电渗流控制,化学发光试剂由自制微泵输送。通过对芯片结构和微泵流量的优化,采用鲁米诺-过氧化氢化学发光体系实现了氨基酸的检测,验证了整体系统设计的合理性和实用性,并为下一步研究工作奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 微流控芯片及其发展概况
• 1.2.1 微流控芯片概述
• 1.2.2 国内外研究进展
• 1.3 微流控芯片的检测方法
• 1.3.1 质谱检测
• 1.3.2 电化学检测
• 1.3.3 光学检测
• 1.4 微流控芯片检测系统存在的问题
• 1.5 本课题研究目的及主要研究内容
• 第2章 微流控芯片化学发光检测基本理论
• 2.1 化学发光基本原理
• 2.2 芯片电泳基本理论
• 2.2.1 电泳
• 2.2.2 电渗
• 2.3 微流控芯片的进样方式
• 2.4 微流体的控制与驱动
• 2.4.1 电渗驱动
• 2.4.2 微泵驱动
• 2.5 本章小结
• 第3章 微流控芯片用微型无阀泵的研制
• 3.1 无阀微泵的设计
• 3.1.1 压电驱动
• 3.1.2 扩散口/喷嘴设计
• 3.2 无阀微泵的制作
• 3.2.1 结构参数
• 3.2.2 制作工艺
• 3.3 无阀微泵输出特性的测试与分析
• 3.3.1 出口流量与驱动参数的关系
• 3.3.2 输出压力与驱动参数的关系
• 3.4 本章小结
• 第4章 化学发光检测系统研制
• 4.1 芯片制作
• 4.1.1 芯片结构设计
• 4.1.2 芯片制作工艺
• 4.2 芯片的预处理及芯片性能评价
• 4.2.1 芯片预处理
• 4.2.2 芯片性能评价
• 4.3 光电检测电路的设计
• 4.3.1 光电检测器的选取
• 4.3.2 光电转换电路的设计
• 4.4 化学发光检测氨基酸
• 4.4.1 实验仪器
• 4.4.2 药品和试剂
• 4.4.3 溶液的配置
• 4.4.4 液流控制方式
• 4.4.5 检测过程
• 4.4.6 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 微泵测试数据
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢