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基于声表面波的微流控系统设计

作　者: 左友康
导　师: 韩韬
学　校: 上海交通大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 微流控系统声表面波叉指换能器
分类号: O6-33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

基于声表面波流的微流控技术使用声表面波作为驱动工具,将整个化学实验室的功能,包括采样、稀释、混合、反应、分离、检测等基本操作单元集成在一块几平方厘米(甚至更小)的微芯片上,使复杂耗时的生物或化学分析过程微型化、集成化,从而大大降低分析试剂消耗,提高检测速度和灵敏度,有效地克服手工操作带来的实验误差。基于声表面波流的微流控技术在一定程度上能解决微通道里流体雷诺数很小,水滴黏度大的问题,且可以与电泳等技术联用,因此成为微流控系统中一种重要的补充技术,受到了广泛关注。本文针对基于声表面波流的微流控技术的现状,提出了新颖的微流控系统设计方案。首先分析了基于声表面波流的微泵技术中的声表面波和流体分析。对声表面波波动方程进行分析,讨论了牛顿流体下的受力情况。介绍了叉指换能器的数学模型,叉指换能器承受功率分析,并讨论了叉指换能器与电学端口的匹配。本文设计了两种叉指换能器,一种为平行单相单向叉指换能器,主要给出了换能器的结构。另一种为聚焦型单相单向叉指换能器,对弧线角度、几何焦距长、波长和指条个数进行分析。介绍了实验设备以及具体实验步骤,实现微泵与微型加热器的功能。微泵实验中,使用不同体积、材料的液滴对所需驱动能量进行观察,并对实验结果进行讨论分析。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 背景及意义  9-11
  1.2 声表面波技术介绍  11-12
  1.3 基于声表面波流的微流控系统的研究现状  12-17
    1.3.1 微泵  12-15
    1.3.2 微型搅拌器  15-16
    1.3.3 微型加热器  16
    1.3.4 PCR  16-17
  1.4 本文研究内容  17-19
第二章基于 SAW 的微泵系统的理论分析  19-29
  2.1 压电介质上的声表面波波动方程  19-21
  2.2 牛顿流体下的状态分析  21-24
  2.3 湿润角分析  24-26
    2.3.1 杨氏角分析  24-25
    2.3.2 接触角滞后  25-26
  2.4 微泵仿真  26-29
第三章微流控系统设计  29-38
  3.1 叉指换能器基本理论  29-30
  3.2 单向叉指换能器选择  30-31
  3.3 叉指换能器承受功率分析  31-33
  3.4 叉指换能器与电学端口的匹配  33-35
  3.5 平行单相单向叉指换能器结构设计  35-36
  3.6 聚焦型单相单向叉指换能器  36-38
第四章微泵与微加热器实验  38-42
  4.1 微泵系统  38-39
    4.1.1 功率放大器  38-39
    4.1.2 叉指换能器器件  39
  4.2 微泵实验  39-41
    4.2.1 平行单相单向叉指换能器  39-40
    4.2.2 聚焦型单相单向叉指换能器  40-41
  4.3 微加热器实验  41-42
第五章总结与展望  42-43
  5.1 工作总结  42
  5.2 研究展望  42-43
参考文献  43-47
致谢  47-48
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  48-49
上海交通大学学位论文答辩决议书  49-51

基于声表面波的微流控系统设计

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