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电化学检测毛细管电泳芯片关键技术研究

作　者: 李玲
导　师: 刘晓为
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 毛细管电泳芯片 电化学检测 热压键合 电容耦合非接触电导检测器
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 35次
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内容摘要


电化学检测因易于微型化、集成化,检测灵敏度高,检测物质多样等特点,在微流控分析领域越来越受到关注。电化学检测中的电导检测被认为是一种通用的检测方法,特别是非接触电导检测,由于检测电极和溶液不接触,有效地避免了分离高压干扰和电极污染的问题,成为近年来研究的热点。本文设计并制作了非接触电导检测系统,完成了无机金属离子毛细管电泳芯片的检测和分离。重点研究了有机玻璃材质毛细管电泳芯片的结构设计以及工艺制作。热压键合技术是制作的关键技术,对键合芯片做了系统评估,分析键合强度、微通道形变量两者与键合温度的关系,并确定出最佳键合条件:键合温度83℃下不加压或0.5Mpa的压力保持时间5min,此时芯片的键合强度大且形变小,有效地提高了芯片性能和成品率。对电极体系进行了改进,设计了基于非接触电导检测的分离式电极体系。芯片制作过程中,借助于CFDRC软件模拟分析毛细管电泳微通道内的电渗流动情况,以此指导结构设计。进一步,模拟芯片夹流进样方案和电渗流的区带展宽现象,确定后续测试的电场条件。设计了非接触电导检测系统,采用非接触电导电化学检测方法实现对无机金属阳离子的检测。在MES/His缓冲溶液体系下检测出K+和Mg2+两种阳离子,实验具有重现性,结果表明芯片可重复、连续检测。以实验为基础,分析了缓冲溶液浓度、电极间距以及激励频率的影响,确定出电极间距小于2mm,20mmol/L缓冲溶液浓度与90KHz激励频率的优化实验条件。最终实现了K+和Mg2+两种离子的分离,分离现象明显。实验证明自制毛细管电泳芯片与非接触电导检测系统结构简单,性能稳定,可实现分离检测功能,具有实用价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景  8
  1.2 毛细管电泳芯片应用领域  8-10
  1.3 国内外毛细管电泳技术研究现状  10-11
    1.3.1 毛细管电泳技术国外研究现状  10-11
    1.3.2 毛细管电泳技术国内研究现状与发展  11
  1.4 电化学检测分类  11-13
  1.5 本课题研究的意义和内容  13-14
第2章 毛细管电泳芯片工作原理  14-23
  2.1 毛细管电泳迁移理论  14-16
    2.1.1 电泳迁移  14-15
    2.1.2 电渗迁移  15
    2.1.3 迁移分离度  15-16
    2.1.4 毛细管电泳分离模式  16
  2.2 影响电渗流的因素  16-18
  2.3 电容耦合非接触电导检测原理  18-22
    2.3.1 检测原理  18-19
    2.3.2 检测池等效电路  19-21
    2.3.3 检测电路  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 芯片结构设计与制作  23-45
  3.1 毛细管电泳芯片结构设计  23-28
    3.1.1 微通道尺寸与形状  23-26
    3.1.2 非接触电导检测电极体系设计  26-28
  3.2 PMMA 毛细管电泳芯片制作工艺  28-32
    3.2.1 实验材料与设备  29
    3.2.2 芯片制作工艺流程  29-32
  3.3 芯片质量评估  32-37
    3.3.1 键合强度与键合温度  32-34
    3.3.2 沟道形变量与键合温度  34-37
  3.4 毛细管中电渗流动模拟  37-44
    3.4.1 数学模型  37-40
    3.4.2 夹流进样方案  40-41
    3.4.3 区带展宽分析  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 PMMA 毛细管电泳芯片的测试  45-56
  4.1 测试系统  45-46
    4.1.1 药品与溶液配制  45
    4.1.2 材料与设备  45-46
    4.1.3 检测平台  46
  4.2 芯片性能测试  46-49
    4.2.1 电学特性测试  46-47
    4.2.2 电渗流测试  47-49
  4.3 结果与讨论  49-55
    4.3.1 单离子及重现性检测  49-51
    4.3.2 影响因素分析  51-54
    4.3.3 离子分离检测  54-55
  4.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 分析化学 > 仪器分析法（物理及物理化学分析法） > 电化学分析法
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