集成慣性聚焦結(jié)構(gòu)的粒子連續(xù)分離介電泳微流控芯片的研究.pdf

1、隨著微制造技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于生物學(xué)的集成流體、電場以及光學(xué)元件的芯片發(fā)展迅速。這些芯片充分利用不同的技術(shù)進(jìn)行樣品的制各以及分析。在樣品制備方面，一種重要的技術(shù)就是粒子分離，其中介電電泳是一種不需要對粒子進(jìn)行標(biāo)記，對細(xì)胞無損傷，可同時(shí)對多細(xì)胞進(jìn)行操作，而且還可以與其他技術(shù)相結(jié)合進(jìn)而提高分離效率的方法。
　　傳統(tǒng)的介電泳分離方法多采用斷續(xù)分離的方法，根據(jù)粒子的正負(fù)介電泳不同將一種粒子吸附在電極表面，通過流體的流動(dòng)將未吸附的粒子沖走從而

2、實(shí)現(xiàn)兩種粒子的分離，該種方法所需時(shí)間長，需等粒子吸附完全之后才可以進(jìn)行。其次，為提高分離的效率，避免目標(biāo)粒子被沖走，需設(shè)置較高的電場，引起電熱流的產(chǎn)生，影響分離效果。因此，本文設(shè)計(jì)了一種集成慣性聚焦結(jié)構(gòu)的粒子連續(xù)分離介電泳微流控芯片，將慣性聚焦技術(shù)與介電泳分離技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)粒子快速、高通量的連續(xù)分離。
　　本文首先對慣性聚焦原理和介電泳粒子分離原理進(jìn)行研究。由粒子在通道中的受力情況分析粒子聚焦的影響因素和粒子所受介電泳大小的影響

3、因素。對聚苯乙烯小球、酵母菌細(xì)胞和NB4細(xì)胞的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行分析，確定不同粒子在芯片中的受力情況，分析其運(yùn)動(dòng)趨勢。
　　其次，根據(jù)粒子聚焦原理和分離原理設(shè)計(jì)芯片的結(jié)構(gòu)。在通道入口側(cè)壁設(shè)置梯形結(jié)構(gòu)使經(jīng)過的粒子受慣性升力的作用產(chǎn)生聚焦;通道底部光刻一組傾斜叉指電極產(chǎn)生非均勻電場，利用介電泳力和流體曳力的合力使不同的粒子發(fā)生角度不同的偏轉(zhuǎn)進(jìn)入不同通道，從而實(shí)現(xiàn)分離。利用Comsol Multiphysis軟件對芯片內(nèi)部電場進(jìn)行仿真模擬

4、，優(yōu)化并確定芯片微通道的高度和叉指電極的寬度與間距。
　　再次，加工制作了微流控芯片:根據(jù)芯片功能選取合適的材料，采用光刻工藝在ITO玻璃表面加工微電極，采用PDMS加工帶有聚焦結(jié)構(gòu)的微通道，并對芯片進(jìn)行氧等離子鍵合，制成實(shí)驗(yàn)所需要的芯片。
　　最后，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了粒子連續(xù)分離實(shí)驗(yàn):首先，采用微尖電極分別測試聚苯乙烯小球、酵母菌細(xì)胞的臨界頻率，確定二者的分離頻率，并對其進(jìn)行斷續(xù)分離;其次，采用設(shè)計(jì)的電極對聚苯乙烯小球