集成毛细管电泳芯片与仪器技术研究

• 作 者: 汤扬华
• 机 构: 清华大学
• 出 处: 清华大学
• 发表日期: 2001年期
• 关键词: 集成毛细管电泳芯片 玻璃热键合 激光诱导荧光 刻蚀工艺 微流体芯片

本文在综述了微流体芯片研究概况的基础上，开展了集成毛细管电泳芯片、仪器与实验技术的研究。主要工作概括如下：
在综述了微管道中电渗流特性的基础上，建立了十字交叉微管道电渗流数学模型，提出了对电场和流场耦合模型的简化处理方法。通过对十字交叉管道电场数值计算的分析得出：在注样区域，电渗流将不再维持柱塞状流型；带电粒子将在注样区域的拐角处获得最大的电泳速度。
对玻璃基质电泳芯片制作方法提出了改进：利用光刻胶作为抗腐蚀的掩膜层；划分玻璃键合面。新的电泳芯片制作方法降低对玻璃表面形貌质量和刻蚀工艺质量的要求，成本低，成品率高。所制作的电泳芯片功率密度达1.98W/m，满足了高电场对电泳芯片的散热要求，可实现电泳芯片上样品的快速分离。
设计并制作了凹凸结构的玻璃多孔膜，将玻璃多孔膜和电化学检测电极集成在了同一个电泳芯片中。设计制作了六种集成毛细管电泳芯片。指出了注样区带长度设计应综合考虑样品检测极限和分离效率。
研制了488nm激光诱导荧光CCD检测实验系统。设计了635nm激光诱导荧光PMT实验样机。研究并解决了高压切换过程中所出现的高压突然下降的问题，实现了不同高压模式之间的快速切换。在实验样机中，以狭缝代替针孔作为检测窗口，解决了芯片微管道位置对准问题。
利用488nm激光诱导荧光CCD检测实验系统和635nm激光诱导荧光PMT实验样机，在电泳芯片上展开了微流体过流特性实验研究。实验表明：普通微管道和带有玻璃多孔膜微管道的伏安特性曲线都呈线性；Pyrex玻璃基质电泳芯片中的电渗速度和常规毛细管中的一样，随溶液pH值升高而增大。和常规毛细管电动进样不同的是：在电泳芯片上，进样量不仅和进样过程有关，还受分离过程影响。获取了“float”和“pinch”方式下注样区域电渗泵的形成、样品的泵出以及样品分离的动态过程，得到了电渗泵在“float”方式下存在泄漏而在“pinch”方式下无泄漏的结果。用简化的电渗流数学模型解释了注样区域电渗流实验的结果。