基于鞘液流聚焦及自充电液滴的颗粒分离芯片研究

• 作 者: 刘宇迅
• 出 处: 广东工业大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 鞘液流聚焦 液滴微流控 液滴自充电 静电力分选 微颗粒分离

微流控芯片是一种在微尺度通道对流体进行操控的技术,将生化实验室的基本功能汇聚到一块表面积仅为几平方厘米的芯片上,故又被称为“芯片上的实验室”。由于具有高度集成化、污染小、成本低廉等优点,微流控芯片被广泛应用于环境、生物、能源、国防、农业等多个领域。其中,液滴微流控技术是从微流体技术领域中开发出来的一个新分支,将分散的微液滴当作独立的微反应器。因为,微流控芯片所生成液滴具尺寸比较一致、操纵灵活及拥有优良的热能传递性,所以,它在药物筛选、微粒分离、高通量单细胞研究等诸多领域具有广泛的应用。海藻酸钠是一种水溶性材料,其具备很好的生物兼容性,因而常被用于生物实验,如药物的混合、细胞的固定。此外,鞘液流聚焦能够实现微颗粒或细胞整齐有序排列,可以避免液滴包裹多个微颗粒。基于此,本文会对不同条件下进行液滴生成及鞘液流聚焦实验,并以液滴微流控技术为基础,针对自充电海藻酸钠液滴在静电场中的运动过程进行分析后,设计一款基于鞘液流聚焦及自充电液滴的颗粒分离芯片及搭建相关系统,应用于筛选微颗粒,为生物样品如细胞、病毒等筛选提供技术支撑。本文主要工作如下:(1)加工具有微电极的微流控芯片并对其加工工艺进行优化:依据芯片功能及相关加工环境,挑选合适加工材料,通过光刻法制造硅模具,利用模塑法制备出带有微通道结构的PDMS基片,并采用等离子清洗方法完成PDMS芯片键合后,将低熔点金属导入微电极通道,从而获取具有微电极的微流控芯片;研究加热处理是否有效快速恢复键合后PDMS芯片流道表面的疏水性。(2)对海藻酸钠液滴生成的影响因素进行研究:分析不同分散相粘度、连续相流速对液滴形成的影响。(3)对聚焦后样品溶液宽度的影响因素进行研究:基于鞘液流聚焦原理及推导出来的公式,找出可能影响聚焦宽度的因素并采用单因素实验,来探究它们对聚焦后样品溶液宽度的影响;再设计一个正交实验,找出对聚焦后样品溶液宽度影响的主次因素。(4)研究在非极性油中自充电海藻酸钠液滴所带电荷种类及带电量:首先,制备一款具有微电极及流动聚焦结构的微流控芯片;再次,通过改变静电场方向,研究自充电液滴所带电荷种类。依据自充电液滴在静电场中受力情况,推导出带电量计算公式;最后,使用高速摄影仪及ImageJ图像分析软件测量出液滴在不同电压条件下沿着电场方向的终端速度,并将其代入自充电液滴带电量计算公式计算出液滴的带电量。(5)设计一款基于鞘液流聚焦及自充电液滴的微流控片及搭建相应系统,并进行微颗粒分离实验。