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在微尺度空间条件下操控流体的微流控技术,具有低消耗、高效率、便携化的特点。长期以来微流控原型装置的加工工艺,包括软刻工艺,较为昂贵,需要高精密设备与设施;低成本、快速化、高效率的微流控原型装置加工,依然存在挑战。本文以普通精度的数控雕刻机(定位精度为±0.050mm),探索微流控原型装置的构建工艺及高灵敏测试场合应用的可行性。本文的主要工作如下:
①基于普通精度的微型数控雕刻机加工平台,提出一种“夹逼”铣削与“轮空模塑”相结合的新工艺,来加工PMMA阳模并构建出PDMS微流控原型装置。结果表明,普通精度的数控雕刻机搭配直径?=0.4mm的铣刀,可铣削阳模的平均线宽最小为0.035mm;“轮空模塑”使得固化脱模的PDMS芯片表面达到理想光滑程度,确保流道密封严密性,提高PDMS微流控装置的制作成功率。
②采用上述提出的工艺构建微流控液滴生成装置,液滴生成实验结果显示,这种工艺构建的微流控装置能够实现液滴生成。
③使用上述工艺与软刻技术分别构建两个相同的十字交叉微流控装置,对它们各自所生成的液滴特征参数分析与比对,比对参数包括液滴的大小、X 轴向的运动速率、液滴形变率、液滴生成频率等;实验结果表明,铣削工艺与软刻工艺构建的微流控装置所生成的液滴的性能,存在显著性差异。
④为进一步考察本文提出工艺构建的微流控液滴装置内实施高灵敏度检测的可行性,以核酸适配体信号放大反应为例,进行微流控液滴的生成、包封与荧光检测等实验;结果表明,本文提出工艺中铣削加工的微通道内生成的液滴,可使液滴内的荧光响应时间比光滑型微通道内液滴生成后的荧光响应时间显著加快。
综上所述,针对普通精度微型数控雕刻机在微细加工方面的不足, 本文提出了“夹逼”铣削法来实现加工线宽的精细化,结合所提出的“轮空模塑”环节,实现了诸如液滴生成器一类的微流控装置的构建,并分析了这种工艺下不可避免的表面粗糙度对装置生成液滴行为的影响以及加以利用的可行性。这种更为简捷的新工艺途径将有助于低成本化的微流控原型装置加工策略的进一步发展。
①基于普通精度的微型数控雕刻机加工平台,提出一种“夹逼”铣削与“轮空模塑”相结合的新工艺,来加工PMMA阳模并构建出PDMS微流控原型装置。结果表明,普通精度的数控雕刻机搭配直径?=0.4mm的铣刀,可铣削阳模的平均线宽最小为0.035mm;“轮空模塑”使得固化脱模的PDMS芯片表面达到理想光滑程度,确保流道密封严密性,提高PDMS微流控装置的制作成功率。
②采用上述提出的工艺构建微流控液滴生成装置,液滴生成实验结果显示,这种工艺构建的微流控装置能够实现液滴生成。
③使用上述工艺与软刻技术分别构建两个相同的十字交叉微流控装置,对它们各自所生成的液滴特征参数分析与比对,比对参数包括液滴的大小、X 轴向的运动速率、液滴形变率、液滴生成频率等;实验结果表明,铣削工艺与软刻工艺构建的微流控装置所生成的液滴的性能,存在显著性差异。
④为进一步考察本文提出工艺构建的微流控液滴装置内实施高灵敏度检测的可行性,以核酸适配体信号放大反应为例,进行微流控液滴的生成、包封与荧光检测等实验;结果表明,本文提出工艺中铣削加工的微通道内生成的液滴,可使液滴内的荧光响应时间比光滑型微通道内液滴生成后的荧光响应时间显著加快。
综上所述,针对普通精度微型数控雕刻机在微细加工方面的不足, 本文提出了“夹逼”铣削法来实现加工线宽的精细化,结合所提出的“轮空模塑”环节,实现了诸如液滴生成器一类的微流控装置的构建,并分析了这种工艺下不可避免的表面粗糙度对装置生成液滴行为的影响以及加以利用的可行性。这种更为简捷的新工艺途径将有助于低成本化的微流控原型装置加工策略的进一步发展。