本文關鍵詞：復合導電材料三維微流控芯片電極的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電場廣泛應用于微流控系統(tǒng)中用以實現(xiàn)如流體混合,控制細胞或微粒等各種功能。這些電操作大多數(shù)是由薄膜金屬電極實現(xiàn)的,在傳統(tǒng)的IC工藝中,薄膜電極通常是由蒸發(fā)或濺射加工而成,電極的厚度被限制在幾百個納米左右。而尺度和微流控芯片相當?shù)娜S微電極結構不僅可以在沿溝道高度方向產生均勻電場,還具有魯棒性好,可承受的電流密度大,加電產生的焦耳熱少等優(yōu)點,特別適用于如細胞介電泳,電融合,細胞裂解,捕獲等微流控芯片研究。但加工三維電極技術難度大,成本高,與玻璃等基片鍵合時存在困難,常有芯片漏液現(xiàn)象發(fā)生。本論文選用了一種基于導電顆粒和PDMS混合制成的新型復合導電材料用來加工三維微電極,這種材料保留了PDMS本身的加工特性,主要具有以下兩個方面的優(yōu)勢:1.可以加工各種厚度和形狀,2.可利用軟光刻技術模塑成型,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電極加工方法,節(jié)約成本,縮短時間。首先,利用Comsol Multiphysics有限元仿真軟件,對平板電極對產生的電場分布進行了分析,并得到了芯片內部介電泳力強度和方向的分布情況。相較于左右對稱的電極結構來說,平板電極對形成的電場強度更大,細胞更容易聚集到中間均勻電場區(qū)域,形成“珍珠串”結構。另外,對填料在基體聚合物中是如何形成導電通路及形成后載流子傳輸方式進行了初步討論和分析。其次,在PDMS常規(guī)加工手段的基礎上,總結出了一套完整的制作流程,分別選用銀粉和石墨粉兩種不同類型的填料,制成了Ag-PDMS和C-PDMS。材料電阻率與填料含量的關系滿足滲流理論,改變溶劑、固化劑、填料粒徑等制備因素也會對電阻率產生影響。借助阻抗分析儀測試了材料的交流特性,發(fā)現(xiàn)阻抗受頻率影響較大,且填料比例越小受頻率的影響越大,激勵幅值大小對各種比例的樣本幾乎都不產生影響。借助掃描電鏡對內部結構觀察可知,填料主要以團聚體和鏈狀結構穩(wěn)定存在。采用邵氏A型硬度計檢測了材料硬度,測試表明填料比例增大在提升導電性能的同時,材料的物理性能也會發(fā)生急劇變化,可加工性變差,應結合具體應用,在導電性和可加工性之間選取一個平衡點。最后,在對材料的微觀結構和性質充分了解的基礎上,結合軟光刻完成了集成有平板電極對的芯片的加工,并用于紅細胞和乳腺癌細胞的排隊實驗。實驗中細胞排隊效果明顯,在介電泳力作用下形成了細胞珠串,排隊率高。實驗驗證了這種基于PDMS的復合導電材料作為三維微電極的可行性,為后續(xù)研究打下基礎。
【關鍵詞】：復合導電材料 三維微電極 軟光刻 細胞排隊
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.08;TN492
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-20
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.1.1 常規(guī)微流控芯片電極加工方法及問題8-9
• 1.1.2 復合導電材料概述9-10
• 1.2 微流控芯片方面的應用現(xiàn)狀10-17
• 1.3 論文主要研究工作17-20
• 2 復合材料導電理論及電極特性仿料導電理論及電極特性仿真真20-32
• 2.1 復合材料導電機理20-24
• 2.1.1 導電通路的形成機制20-22
• 2.1.2 通路形成后載流子的傳輸方式22-24
• 2.2 三維電極特性仿真24-31
• 2.2.1 電流場有限元分析24-25
• 2.2.2 仿真過程25-28
• 2.2.3 介電泳力仿真結果28-31
• 2.3 本章小結31-32
• 3 復合導電材料制備及性能檢測32-48
• 3.1 材料制備32-34
• 3.1.1 常規(guī)制備方法32
• 3.1.2 填料及基體的選擇32-33
• 3.1.3 制備工藝33-34
• 3.2 導電性測試34-41
• 3.2.1 電阻測試34-36
• 3.2.2 不同因素對材料電阻率的影響36-37
• 3.2.3 材料交流特性37-41
• 3.3 微觀結構41-43
• 3.4 硬度檢測43-45
• 3.5 本章小結45-48
• 4 復合導電材料三維微電極芯片的制作48-58
• 4.1 光刻48-49
• 4.2 電極定型方法49-53
• 4.3 芯片制作53-56
• 4.3.1 芯片結構53-54
• 4.3.2 制作流程54-56
• 4.4 本章小結56-58
• 5 細胞排隊實驗58-68
• 5.1 實驗儀器和材料58
• 5.2 實驗方法58-61
• 5.2.1 細胞懸液制備58-60
• 5.2.2 排隊實驗過程60-61
• 5.3 實驗結果與分析61-67
• 5.3.1 細胞排隊機理61-62
• 5.3.2 乳腺癌細胞排隊實驗62-64
• 5.3.3 紅細胞排隊實驗64-66
• 5.3.4 結果討論66-67
• 5.4 本章小結67-68
• 6 總結與展望68-70
• 6.1 課題取得的進展68
• 6.2 課題存在的不足及展望68-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-78
• 附錄78
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄78

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 薛兵;朱長軍;張一心;;增強防靜電改性聚丙烯的研究[J];中國包裝;2009年07期

2 辛毅;楊慶雨;鄭浩田;蔣琪;;PVDF觸滑覺傳感器結構及其調理電路設計[J];壓電與聲光;2014年01期

  本文關鍵詞：復合導電材料三維微流控芯片電極的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：347390