利用微機電技術(shù)制成的微流體芯片結(jié)合生物醫(yī)學的特殊領(lǐng)域——生物微機電系統(tǒng),已成為一種革命性的技術(shù)。微流控芯片具有體積小、試樣及試劑消耗少、散熱性好、靈活方便以及可重復使用等優(yōu)點。本書探討了基于流式細胞技術(shù)的微流控芯片的建模和制作工藝,建立了芯片的模型并通過仿真優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu),進行了用于微流體控制系統(tǒng)的微閥、微流量計的研制,為微流控芯片的多集成快速發(fā)展打下基礎(chǔ)。
本書適宜從事芯片技術(shù)以及生物醫(yī)學工程等專業(yè)人員參考。
吳元慶,男,1982年,遼寧莊河人,滿族,博士,渤海大學物理科學與技術(shù)學院副教授。2003年本科畢業(yè)于西安電子科技大學電子科學與技術(shù)專業(yè),2012年畢業(yè)于天津大學微電子學與固體電子學專業(yè)獲博士學位。主要研究方向為微機電系統(tǒng)的設(shè)計與制造,微電子器件的設(shè)計等。主講課程包括《微電子學概論》《微電子專業(yè)導讀》《EDA技術(shù)與版圖設(shè)計》《太陽能電池材料與器件》等課程。參與“863”項目一項、“973”子項目一項,天津市基金項目兩項,主持教育部產(chǎn)學研協(xié)同育人項目6項,參與完成教育部“藍火計劃”產(chǎn)學研合作項目1項,主持渤海大學博士科研啟動基金項目1項,在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表論文多篇,專利多項。
第1章 緒論 1
1.1 微流控芯片分析系統(tǒng)的國內(nèi)外研究進展 1
1.2 微流控芯片的研究背景 3
1.2.1 微流控芯片的加工材料 3
1.2.2 微流控芯片的通道加工 4
1.2.3 微流控芯片的表面改性 5
1.2.4 微流控芯片的封接 6
1.2.5 微流控芯片的檢測技術(shù) 8
1.2.6 微流體控制單元的應(yīng)用 10
1.3 微流控芯片的研究意義 11
第2章 流體聚焦的理論和優(yōu)化 12
2.1 微流控芯片的聚焦 13
2.2 微流控芯片關(guān)于流體聚焦的仿真 15
2.3 仿真結(jié)果 16
2.4 聚焦模型的優(yōu)化 20
2.4.1 聚焦交口的優(yōu)化 21
2.4.2 構(gòu)建優(yōu)化后微流控芯片模型 24
2.5 本章小結(jié) 25
第3章 PDMS微流控芯片的制備工藝研究 26
3.1 器件襯底材料的選擇 26
3.1.1 傳統(tǒng)襯底材料 27
3.1.2 傳統(tǒng)透明材料 27
3.1.3 試驗中的透明材料 28
3.2 微流動層材料的選擇 31
3.2.1 環(huán)氧樹脂類負性光刻膠(SU-8) 31
3.2.2 聚二甲基硅氧烷(PDMS) 31
3.3 澆注法制備微流控芯片的流程 34
3.4 基于SU-8模具微流控芯片的制作 38
3.4.1 實驗材料和實驗設(shè)備 40
3.4.2 制作SU-8膠模具的工藝流程 40
3.4.3 PDMS微流控芯片的加工工藝 45
3.5 納米熱壓印工藝 51
3.5.1 壓模的制備 52
3.5.2 基底的清洗 53
3.5.3 抗粘層的制備 54
3.5.4 壓印膠的配制和旋涂 55
3.5.5 壓印中溫度、壓力、時間的控制 56
3.5.6 參數(shù)設(shè)置 60
3.5.7 圖形轉(zhuǎn)移 61
3.6 實驗結(jié)果 63
3.7 本章小結(jié) 64
第4章 基于流式細胞技術(shù)的微流控芯片應(yīng)用 65
4.1 生物芯片技術(shù)要點及分類 65
4.1.1 固相陣列芯片及其局限性 67
4.1.2 懸浮陣列芯片 69
4.2 懸浮陣列檢測原理 69
4.2.1 微球載體結(jié)構(gòu)及標記 70
4.2.2 懸浮陣列檢測流程 72
4.2.3 懸浮陣列技術(shù)特點 74
4.2.4 微球制備 74
4.2.5 微球的熒光編碼 75
4.2.6 基于有機染料的熒光編碼 76
4.2.7 基于量子點的熒光編碼 77
4.2.8 懸浮微球的捕獲及捕獲陣列的設(shè)計 81
4.3 微流控芯片的應(yīng)用實驗 86
4.4 檢測實驗及結(jié)果 90
4.5 本章小結(jié) 93
第5章 微流控芯片集成元件的研究 94
5.1 熱學模型 94
5.2 應(yīng)用于微流控芯片的微流量計 96
5.2.1 流量計的仿真 97
5.2.2 實驗材料與實驗儀器 107
5.2.3 流量計制作工藝流程 107
5.2.4 加工工藝討論 108
5.2.5 實驗結(jié)果 109
5.3 微流控芯片中的熱膨脹型微閥 111
5.3.1 微閥的原理及其結(jié)構(gòu) 111
5.3.2 加熱器溫度的計算 112
5.3.3 微流體通道的設(shè)計與仿真 112
5.3.4 實驗材料與實驗儀器 120
5.3.5 微閥加工工藝及工藝參數(shù)優(yōu)化 120
5.3.6 微閥的實驗結(jié)果 124
5.4 本章小結(jié) 126
未來技術(shù)與展望 127
參考文獻 128