基于近场熔体静电纺丝的微流控芯片的设计、制作及应用

作     者：严圣勇 

作者单位：广东工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李华伟

授予年度：2021年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：近场静电纺丝 微通道 CAD图形直接补偿法 极小间距法 变直径 

摘      要：微通道模具的材料和加工方法多种多样。微通道模具常用材料包括硅片、玻璃及其它硅基材料;麦芽糖、光刻胶、PMMA、PVA及其它聚合物材料;不锈钢微丝、PCB板、不锈钢块及其它金属材料。加工方法包括光刻法、微丝模塑法、机加工、3D打印、微电铸等。近场静电纺丝是利用聚合物溶液或者熔体射流在稳定阶段得到有序微纳纤维的技术。近场静电纺丝得到的图案化有序纤维可以作为制作具有高精度的微通道的模具,该方法使用的设备简单、材料便宜且所需步骤简单,可一次成型。本文进行的主要工作有:（1）CAD图形直接补偿法。介绍了近场熔体静电纺丝过程,探究了PCL在高加热温度下近场熔体静电纺丝过程中射流状态的影响因素,分析接收板的运动方式。针对近场熔体静电纺丝沉积不准确的现象,提出了基于CAD图形直接补偿方法来实现精确沉积,并探究了各种条件下的最佳补偿长度。最后使用半固化后的PDMS作为接收板获得了圆形的PCL纤维。（2）多层近场电纺工艺及极小间距法。在PCL较高加热温度下,设计双螺旋和波浪形微通道CAD图形,并探究了近场电纺工艺对单层及多层纤维形貌的影响。在此基础上,优化了双螺旋和波浪形微通道CAD图形,探索了适合多层电纺的工艺参数。针对螺线型CAD图形提出了极小间距设计方法以满足纤维的多层堆积的CAD图形设计问题,同时,也将极小间距设计方法用于多流入流出通道的设计问题。最后,根据极小间距发提出了微通道变截面的设计方法,拓展近场熔体静电纺丝在微流控芯片的设计以及应用范围。（3）微流控芯片的设计、制作、应用。在分析现有连续流动PCR微流控芯片的基础上,设计了一种连续流动PCR微流控芯片,并采用近场静电纺丝CAD图形直接补偿方法和PDMS软光刻法制作了一种PDMS-玻璃杂交的连续流动PCR微流控芯片,在连续流动PCR微流控芯片上对金黄色葡萄球菌进行了PCR扩增实验。在分析现有双螺旋和波浪形微流控芯片的基础上,设计了双螺旋和波浪形微流控芯片,并通过多层近场近场电纺工艺和PDMS软光刻法制作了双螺旋和波浪形微流控芯片。