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《微流體隔離泵送和微流體次序流動系統(tǒng)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、博士學(xué)位論文微流體隔離泵送和微流體次序流動系統(tǒng)研究STUDYOFMICROFLUIDICSOLUTIONISOLATEDPUMPINGANDMICROFLUIDICSEQUENTIALFLOWSYSTEM劉吉曉哈爾濱工業(yè)大學(xué)2015年7月國內(nèi)圖書分類號：TP271.3/V526學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621/626密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文微流體隔離泵送和微流體次序流動系統(tǒng)研究博士研究生：劉吉曉導(dǎo)師：李松晶教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：機械電子工程所在單位：機電工程學(xué)院答辯日期：2015年7月8日授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedI
2、ndex:TP271.3/V526U.D.C:621/626DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYOFMICROFLUIDICSOLUTIONISOLATEDPUMPINGANDMICROFLUIDICSEQUENTIALFLOWSYSTEMCandidate：LiuJixiaoSupervisor：Prof.LiSongjingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MechatronicsAffiliation：Schoo
3、lofMechatronicsEngineeringthDateofDefence：July8,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要微觀尺度下的高傳熱傳質(zhì)效率和低物質(zhì)能量消耗使微流體技術(shù)在疾病即時診斷和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力，但目前微流體技術(shù)還無法很好的解決液體次序流動芯片及平臺的通用性和可控性差、容易出現(xiàn)氣泡等問題。本論文針對微流體分子診斷(Microfluidicmoleculardiagnostic)中的液體次序流動和控制提出一種新型微流體負壓驅(qū)動泵
4、送技術(shù)，研究一種新型核酸與蛋白質(zhì)測定次序流動控制通用平臺，實現(xiàn)不同形式的多樣本、多過程的流體泵送控制，從而促進和推動微流體疾病即時診斷相關(guān)產(chǎn)品的成熟化。由聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）材料制作的微流體芯片，通過負壓驅(qū)動進行泵送時易產(chǎn)生影響微流體芯片正常功能的無用空氣氣泡。本文研究負壓流動中PDMS流道內(nèi)無用氣泡生成和長大機理，基于PDMS的表面斥水性和流道結(jié)構(gòu)特性，提出在流道內(nèi)不同位置生成氣泡的物理模型，并建立考慮多相間物質(zhì)傳遞和壓力變化的多物理場耦合數(shù)學(xué)模型，對氣泡在形成后的體積變化過程進行數(shù)值仿真分析和實驗驗證，對
5、氣泡變化過程中氣泡長大速率特性進行分析，研究氣泡平均變化速率與關(guān)鍵影響參數(shù)之間的關(guān)系。在微流道內(nèi)氣泡產(chǎn)生和變化機理研究基礎(chǔ)上，本論文提出一種負壓驅(qū)動的微流體液體隔離泵送技術(shù)。利用PDMS材料的選擇透過特性，將被泵送液體與負壓驅(qū)動氣源隔離，依靠通道之間空氣擴散引起的流道壓力變化進行液體泵送，從根本上避免了液體流動時流道內(nèi)無用氣泡的形成，并且實現(xiàn)了封閉流道結(jié)構(gòu)內(nèi)的液體泵送。本文對該微泵技術(shù)的液體流動過程進行數(shù)學(xué)模型的研究和仿真計算對比，分析關(guān)鍵過程特性和設(shè)計參數(shù)；對該微泵技術(shù)進行實驗研究，得出液體泵送速率與設(shè)計參數(shù)之間的定量關(guān)系；為擴大應(yīng)用領(lǐng)域，在該微泵上集成
6、手指薄膜泵，開發(fā)可以脫離外部能源支持、進行獨立操作的微流體泵送技術(shù)。處于同一平面的液體流道與負壓氣體通道之間無法實現(xiàn)相互交叉的立體結(jié)構(gòu)關(guān)系，無法集成多層結(jié)構(gòu)的控制模塊。本文提出多層復(fù)合結(jié)構(gòu)液體隔離泵送技術(shù)，采用熱塑塑料和硅膠薄膜等材料，將液體流道和氣體流道分別置于不同平面結(jié)構(gòu)上，兩者之間通過透氣硅膠薄膜隔離，并在片上集成微閥等立體控制結(jié)構(gòu)。本文對復(fù)合結(jié)構(gòu)芯片的快速、低成本制備方法進行研究，在更短的時間內(nèi)將芯片設(shè)計轉(zhuǎn)化制備成為復(fù)合結(jié)構(gòu)微流體芯片，提高測試和優(yōu)化效率。本文設(shè)計具有無氣泡、高可控性、通用性、自動化等特點的微流體次序流-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)
7、位論文動與控制平臺，并對不同類型的微流體次序流動芯片進行研究。本文在復(fù)合結(jié)構(gòu)微流體芯片上集成一定數(shù)目的氣動薄膜微閥，使負壓驅(qū)動氣體同時對液體泵送和回路控制進行操作，在此基礎(chǔ)上分別對三種面向核酸測定的離散化次序流動芯片以及面向蛋白質(zhì)測定的次序流動芯片的結(jié)構(gòu)、工作原理和流動特性進行研究。本文對可編程的微型氣動系統(tǒng)進行設(shè)計和測試，并配合次序流動芯片對自動化、多樣本、多試劑、多步驟的微流體次序流動控制平臺進行實驗研究。關(guān)鍵詞：微流體通用平臺；氣泡；液體泵送；分子測定；次序流動與控制-II-AbstractAbstractThehighefficiencyofhea
8、ttransferandmasstransferinmicro-m
