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基于mems微电极芯片的电穿孔系统

传感技术学报 2012年第3期25卷 319-321页

作者：闫浩魏泽文李学明赵德尧梁子才李志宏北京大学微电子所微米纳米加工技术国家级重点实验室北京100871 北京大学深圳研究生院深圳518055 北京大学分子医学所北京100871

报道了一种基于微加工金电极的细胞电穿孔芯片及一套完整的细胞电穿孔系统。该系统能够在多种细胞系中实现高效细胞电穿孔(对典型HEK-293A(人胚胎肾细胞)细胞的穿孔效率高于90%,3T3-L1(小鼠胚胎成纤维细胞)的电穿孔效率高达80%)。并且... 详细信息

报道了一种基于微加工金电极的细胞电穿孔芯片及一套完整的细胞电穿孔系统。该系统能够在多种细胞系中实现高效细胞电穿孔(对典型HEK-293A(人胚胎肾细胞)细胞的穿孔效率高于90%,3T3-L1(小鼠胚胎成纤维细胞)的电穿孔效率高达80%)。并且具有手动模式和自动模式。同时,由于基于独特的电极设计,其所需电压也远低于现有设备(典型工作电压为60 V),成本更低,操作更安全。

关键词：生物mems 细胞电穿孔微加工微型电穿孔系统低电压

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行波微流体驱动的理论分析与仿真

行波微流体驱动的理论分析与仿真

作者：张敬涛山东大学

学位级别：硕士

随着mems技术在生物医学分子检测和生化分析领域的广泛应用,微型构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流体驱动技术,它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁上激... 详细信息

随着mems技术在生物医学分子检测和生化分析领域的广泛应用,微型构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流体驱动技术,它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁上激起行波,使管道内的液体产生行波声场,在雷诺切应力、声流、声辐射压力、管壁黏附力和液体分子间的作用力共同作用下,使液体沿行波方向运动,是一种新的微流体驱动技术。作为一种新型微流体驱动技术,超声行波驱动没有可动部件,所需驱动电压低,材料选择较广泛,可适用于各种环境,具有广泛的应用前景。本文针对国家自然科学基金(项目编号：10572078)和山东省自然科学基金(项目编号：Y2007A16)项目中有关超声行波微流体驱动与控制技术的基本理论和驱动模型,从声学和动力学分析的角度进行了较为深入的研究。首先,概述了微机电系统(mems)及微流体系统的发展现状,对目前的几种微流体驱动与控制技术作了介绍。基于压电陶瓷的逆压电效应及其材料特性和频率特性,简述了行波的合成,通过对声辐射压力及声流产生机理的研究,得出驱动机理与模型参数的关系,为超声行波微流体的驱动控制打下理论基础。然后,利用ANSYS有限元软件,对圆环形模型结构、动力学特性进行了分析研究。通过有限元模态分析,讨论了模型固有频率与基体结构参数的关系。通过基于逆压电效应的激振响应分析,激励出所需振型,得出了响应位移随频率的变化特性,为模型的进一步优化设计提供指导。通过瞬态动力学分析,得出模型起振过程的响应情况。为以后的课题研究打下了坚实的基础。最后,针对接下来的难点耦合场分析,通过ANSYS中的FSI(流固耦合接口),建立模型实现了声学流体单元和固体单元(弹性体和压电体)的耦合,并得到了圆环沟道内声压的分布图,从而对研究声流和声压在流体驱动中的作用又前进了一步。对圆环流固耦合模型进行瞬态动力学分析,得到沟道内流体在超声行波激励下的流场情况,比较不同时间子步时流体域和固体域的位移云图,得到流体随固体振动情况,分析不同时间子步时流体域的速度矢量图,得到流体在超声行波方向上的流动情况,也是对我所做的整个工作的总结。

关键词：生物mems 微流体超声行波有限元声流

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超声行波微流体驱动的基础研究和有限元分析

超声行波微流体驱动的基础研究和有限元分析

作者：邹楠山东大学

学位级别：硕士

随着mems技术在生物医学分子检测与生化分析领域的广泛应用,微米构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个研究热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流体驱动技术,它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁... 详细信息

随着mems技术在生物医学分子检测与生化分析领域的广泛应用,微米构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个研究热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流体驱动技术,它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁上激起行波,使管道内的液体产生行波声场,在雷诺切应力、声流、声辐射压力、管壁黏附力和液体分子间的作用力共同作用下,使液体沿行波方向运动,是一种新的微流体驱动技术。作为一种新型微流体驱动技术,超声行波驱动没有可动部件,所需驱动电压低,材料选择较广泛,可适用于各种环境,具有广泛的应用前景。本文针对国家自然科学基金(项目编号:10572078)、山东省自然科学基金(项目编号:Y2007A16)和山东省优秀中青年科学家奖励基金(项目的编号:2004BS05006)项目中有关超声行波微流体驱动与控制技术的可行性和驱动模型,从声学和动力学分析的角度进行了较为深入的研究。首先,介绍了微流体驱动技术的国内外发展现状,详细分析了行波形成的机理,深入讨论了压电陶瓷的逆压电效应及其材料特性和频率特性,通过对声辐射压力及声流产生机理的研究,得出驱动机理与模型参数的关系,为超声行波微流体的驱动控制打下基础。然后,利用ANSYS有限元软件,对圆环形模型结构、动力学特性和声学耦合特性进行了分析研究。通过有限元模态分析,讨论了模型固有频率与基体结构参数的关系,并分析了沟道尺寸对固有频率的影响。通过基于逆压电效应的激振响应分析,激励出所需振型,得出了响应位移随频率的变化特性,为模型的进一步优化设计提供指导。针对接下来的难点耦合场分析,通过ANSYS中的FSI(流固耦合接口),建立模型实现了声学流体单元和固体单元(弹性体和压电体)的耦合,并得到了圆盘沟道内声压的分布图,从而对研究声流和声压在流体驱动中的作用又前进了一步,为以后的课题研究打下了坚实的基础。接着,由于声压声场在微流体驱动技术中起主要做用,所以为了分析声流驱动机理及其声压分布,以非接触式超声马达为例,利用边界层理论分析了声流的产生,得出速度流型与边界层厚度、流体厚度的关系,分析了声流在边界层内的作用。运用有限元仿真方法对流体媒质中声场和定子的模态进行计算,通过谐响应分析得出内部声场的声压分布,指出当定子振动时,流体媒质中存在的弹性行波。所得的实验数据及结果对以后的分析有一定的指导意义。最后,运用fluent软件对课题中的圆盘结构进行了简化的流体动力学有限元分析,最后得到了沟道内流体的期望流型,从而证明了课题中微流体驱动的可行性,也是对我所做的整个工作的总结。

关键词：生物mems 微流体超声行波有限元声流

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超声行波微流体驱动技术的基础研究

超声行波微流体驱动技术的基础研究

作者：白光磊山东大学

学位级别：硕士

随着mems技术在生物医学领域的广泛应用，微米乃至纳米构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个研究热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流驱动技术，它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁上激起行波... 详细信息

随着mems技术在生物医学领域的广泛应用，微米乃至纳米构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个研究热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流驱动技术，它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁上激起行波，该行波使输送管道壁质点产生与管道壁垂直的椭圆运动，使管道内的液体产生行波声场，在雷诺切应力、声辐射压力、管壁黏附力和液体分子间的作用力共同作用下，使液体沿行波方向运动，是一种新的微流体驱动技术。作为一种新型微流体驱动技术，超声行波驱动没有可动部件，所需驱动电压低，材料选择较广泛，可适用于各种环境，具有广泛的应用前景。本文针对国家自然科学基金（项目编号：10572078）和山东省优秀中青年科学家奖励基金（项目编号：2004BS05006）项目中有关超声行波微流体驱动与控制技术的可行性和驱动模型，从动力学分析的角度进行了较为深入的研究。首先，介绍了微流体驱动技术的国内外发展现状，详细分析了行波形成和椭圆运动的机理，深入讨论了压电陶瓷的逆压电效应及其材料特性和频率特性，通过对声辐射压力及声流产生机理的研究，得出驱动机理与模型参数的关系，为超声行波微流体的驱动控制打下基础。然后，利用ANSYS有限元软件，分别对圆环形模型和直管型模型的动力学特性进行了分析研究。通过有限元模态分析，讨论了模型固有频率与基体结构参数的关系，并分析了沟道尺寸对固有频率的影响。通过基于逆压电效应的激振响应分析，激励出所需振型，得出了响应位移随频率的变化特性，为模型的进一步优化设计提供指导。最后，本文将面向对象有限元法引入微流体分析软件（MFA）的设计中，实现了一个微流体有限元分析软件框架，软件整体由前处理模块，有限元计算模块，后处理模块组成，实现了模型的构造（前处理）和实际计算的分离，并通过算例说明了该软件设计的实用性。目前该研究方向尚处于起步阶段，流体的运动机理和实现方式尚有大量的基础工作要做。

关键词：生物mems 微流体超声行波有限元模态分析

超声行波圆环模型的动力学分析及流固耦合分析

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超声行波圆环模型的动力学分析及流固耦合分析

作者：吴浩山东大学

学位级别：硕士

随着mems技术在生物医学分子检测与生化分析领域的广泛应用,微米构件中流体的驱动与控制技术的研究已逐渐成为一个研究热点。超声行波驱动在原理上不同于当前各种微流体驱动技术,它是利用压电陶瓷的逆压电效应产生超声振动在输送管道壁上激起行波,使管道内的液体产生行波声场,在雷诺切应力、声流、声辐射压力、管壁黏附力和液体分子间的作用力共同作用下,使液体沿行波方向运动,是一种新的微流体驱动技术。作为一种新型微流体驱动技术,超声行波驱动没有可动部件,所需驱动电压低,材料选择较广泛,可适用于各种环境,具有广泛的应用前景。本文针对国家自然科学基金(项目编号:10572078)、山东省自然科学基金(项目编号:Y2007A16)和山东省优秀中青年科学家奖励基金(项目的编号:2004BS05006)项目中有关超声行波微流体驱动与控制技术的可行性和驱动模型,从声学和动力学分析的角度进行了较为深入的研究。首先,介绍了微流体驱动技术的国内外发展现状,详细分析了行波形成的机理,深入讨论了压电陶瓷的逆压电效应及其材料特性和频率特性,通过对声辐射压力及声流产生机理的研究,得出驱动机理与模型参数的关系,为超声行波微流体的驱动控制打下基础。然后,利用ANSYS有限元软件,对圆环形模型结构、动力学特性和声学耦合特性进行了分析研究。通过有限元模态分析,讨论了模型固有频率与基体结构参数的关系。通过基于逆压电效应的激振响应分析,激励出所需振型,得出了响应位移随频率的变化特性,为模型的进一步优化设计提供指导。通过瞬态动力学分析,得出模型起振过程的响应情况。针对接下来的难点耦合场分析,通过ANSYS中的FSI(流固耦合接口),建立模型实现了声学流体单元和固体单元(弹性体和压电体)的耦合,并得到了圆盘沟道内声压的分布图,从而对研究声流和声压在流体驱动中的作用又前进了一步,为以后的课题研究打下了坚实的基础。最后,对圆环模型进行了流固耦合瞬态动力学分析,得到流体域内流体的流型和接触面流体的速度矢量图,从而证明了课题中微流体驱动的可行性,也是对我所做的整个工作的总结。

关键词：生物mems 微流体超声行波有限元声流

聚合物Parylene C薄膜的反应离子刻蚀研究

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微细加工技术 2008年第6期 19-21页

作者：王亚军刘景全沈修成杨春生郭中元芮岳峰上海交通大学微纳科学技术研究院微米/纳米加工技术国家重点实验室薄膜与微细加工教育部重点实验室上海200240

首先简要介绍了聚合物Parylene,并以Parylene C薄膜为原料,进行反应离子刻蚀,着重研究了功率和工作气压对刻蚀速率的影响,并给出了优化的刻蚀工艺参数。结果表明,刻蚀速率随功率增加而增大,当功率为80 W时,刻蚀速率达到0.44μm/min,适... 详细信息

首先简要介绍了聚合物Parylene,并以Parylene C薄膜为原料,进行反应离子刻蚀,着重研究了功率和工作气压对刻蚀速率的影响,并给出了优化的刻蚀工艺参数。结果表明,刻蚀速率随功率增加而增大,当功率为80 W时,刻蚀速率达到0.44μm/min,适当增大功率有利于各向异性刻蚀。刻蚀速率在一定范围内随气压增大而增大,工作压力为10.67 Pa时,刻蚀速率达到0.47μm/min;当气压超过10.67 Pa后,刻蚀速率基本保持不变。

关键词：生物mems 微流体系统反应离子刻蚀 ParyleneC