论文总字数：23203字

摘 要

本文在介绍惯性微流控芯片机理与制作方法的同时，通过对比普通螺旋通道、分选不同形状大小的微粒、改变流道宽度和流速以及聚焦分选后样本溶液浓度测试这四个方面对新型螺旋嵌套正弦流道结构的机理做了详细研究。并在此基础上利用螺旋嵌套正弦流道微流控芯片成功实现了对在医学领域具有重要价值的盐藻细胞的浓缩分选。

在最后创新性的提出了一种多层叠加高通量微粒被动分离芯片及其在侧面打孔的入口流量配给装置的开发方法。在提高芯片处理样品效率的同时，也为微流控产品实现便携式以达到现场检测的目的做出了努力。

关键词：惯性微流控芯片，螺旋嵌套正弦流道，多层叠加，分选，浓缩

Exploitation and Application of High Throughput Particle Passive Separation Device

Jiang Heng

Supervised by Ni Zhonghua, Xiang nan

Abstract：As a new approach to manipulate fluids and particles, inertial microfluidic has successfully applied in microfluidic chips for particle sorting, focusing, transporting and manipulating. Because it has ao many advantages, such as low cost, high throughput and portability, the inertial microfluidic chips has received much attention of the researchers around the world. And it has been widely used in environmental testing, medical diagnosis and biochemical analysis.

This review introduces the theories of inertial microfluidics, and the theories of spiral nested sinusoidal flow channel are described briefly via comparing with the common spiral channel, sorting particles of different sizes and shapes , changing the width of channels and sample concentration test. Besides, we successfully used the chips to concentrate and sort the Dunaliella salina cells which have the important value in the medical field.

Finally, we propose a new method by that we can manufacture multilayer high throughput particle passive separation chip and flow dispensing device for inlet with side hole. By this way we improve the efficiency of the chips in dealing with samples , and try our best to achieve the purpose of on-site testing.

Key words: inertial microfluidic chip, spiral nested sinusoidal flow channel,multilayer stacking, sorting, concentrating

目录

1 绪 论 1

1.1 引言 1

1.2 微流控技术研究现状 1

1.3 本文的研究目的和主要研究内容 2

2 惯性微流控芯片的机理及制作方法 3

2.1惯性微流控芯片的机理 3

2.2惯性微流控芯片制作流程 5

3 螺旋嵌套正弦流道机理研究 7

3.1螺旋嵌套正弦结构简介 7

3.2流道宽度对螺旋嵌套正弦流道中25μm粒子运动的影响 8

3.3不同直径大小粒子在螺旋嵌套正弦流道中的运动分析 9

3.4螺旋嵌套正弦流道对比普通螺旋流道粒子运动分析 14

3.5螺旋嵌套正弦流道中流速对双列聚焦距离的影响研究 16

3.6螺旋嵌套正弦流道对粒子的聚焦浓度测试 18

4 螺旋嵌套正弦流道结构的实际应用 21

4.1盐藻简介 21

4.2盐藻细胞在螺旋嵌套正弦流道中不同流速下的运动情况 23

5 多层叠加高通量螺旋嵌套正弦芯片及其入口流量配给装置的开发 24

5.1多层叠加芯片的开发 24

5.2 流量配给装置的开发 25

6 后期实验安排 28

7 结论与展望 29

7.1结论 29

7.2 展望 30

致谢 31

参考文献（References） 32

1 绪 论

1.1 引言

微流控芯片(microfluidic)又称芯片实验室(Lab-on-a-chip,LOC )和微全分析系统（Micro-Total Analytical System），是指把生化分析、环境检测等过程的样本收集、反应、过滤、分选和检测等基本流程集中到仅由一块有PDMS等新型材料制成的微米尺度的芯片上， 并且自动完成样本分析的全部流程^【1】。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。流体在微米级的流道中运动时会表现出一些与其在宏观尺度下完全不同的特殊性质，正是借助这些特殊性质才得以完成对特定微粒或流体的分选、过滤和浓缩。

关于微流控的这一概念最早可以溯源到19世纪70年代时在硅片上使用光刻技术制作的气相色谱仪，而后这一技术进一步发展为毛细管电泳仪和微反应器等。20世纪80年代末，Terry等首次实现了微全分析系统的具体应用，他们的主要工作是在硅芯片上制作了一个气相层析装置并对空气进行分析^【2】。1990年，瑞士Ciba-Geigy公司的Manz与Widmer首次提出微全分析系统的这一概念，当时的侧重点主要放在分析系统的“微”与“全”上，介绍了利用MEMS如何微管道网络，但并没有明确提出微全分析系统该有的外型特征。第二年Manz等人便制作出可以实现毛细管电泳与流动的微型芯片。^【3】2003年，Forbes杂志将微流控技术评为影响人类未来15件最重要的发明之一。2006年，Nature杂志为“芯片实验室” 出版专刊，详细介绍了这一新型技术^【4】。直至今日，各国研究人员在微流控制方面已经做出了许多珍贵的研究成果。微流控技术作为当前分析科学的热点之一，得到了广泛关注的同时，在研究与应用方面均取得了飞速的发展。

如今微粒分离技术几乎无处不在，而且往往是包括生物研究^【5】、化学分析^【6】、环境检测^【7】及医疗诊断^【8】在内很多行业里的重要环节。由于微流控芯片集体积小、高通量、低成本和易集成等优点于一身^【9】，从而可以使它可以适用于各种各样的商业以及工业目的，也因此得到诸多研究者的关注。

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