关键字 |
| 微流体微通道、印刷电路板、制造、机制 |
介绍 |
| 微流体提供了一个设计高效的优化工具考虑微流体的数值模拟微流体本质上有价值的应用程序。最初一个特定系统的行为很难预测可以使用微流控系统,进一步分析和研究需要结合不同的复杂性等因素通道几何、液体流量、扩散系数和可能的化学相互作用完全变成一个数值模型。反过来可以想象这数值模拟复杂流动现象,否则很难获得实验[1]。 |
| 微流控设备区别于其他设备通过事实微流控装置本质上包含一个或多个通道的小尺寸几乎小于1毫米。这可以通过制造高度集成的设备,有能力执行几个函数在同一衬底芯片更精确地保持视图一个想法适合„整个芯片上的实验室?[2]的方式类似于微型电子电路集成„整个计算机芯片上。 |
| 答:物理Microfludic频道 |
| 在流体动力学的流类型发生在流体流经一个微通道被认为是重要的观察是否在流体湍流流动,更有序的政权或层流流排流,当流体流过微通道。雷诺数是用来描述流体在微通道的流动,在数学上定义为:[1],[2] |
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| „L在哪里?是最相关的长度尺度;L = 4 / P、通道和P的crossectional区域是湿周的频道,μ是粘度,P是流体密度,Vavg是流的平均速度。 |
| 微观混合表示物理过程搅拌和微流体扩散同时发生。低扩散微观流体混合在两个同步阶段第一次搅拌发生在材料气泡混合没有任何两个液体的扩散。两种不同的液体受到微观混合时,液体分子的随机运动发生[3]。 |
| 扩散的定义是由于他们的布朗运动粒子的扩散。事件发生时由于热能。最简单的方法建模一维扩散。这是由以下方程描述[4]: |
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| xRMS是一个粒子的均方根位移时间t。,D is the diffusion coefficient of the particle in the surrounding medium [5]. |
| 表面张力的定义是液体表面的收缩趋势,允许它抵抗外部作用力自液体的行为取决于之间的凝聚力作用相似的分子。表面张力是由方程[6]: |
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| γ是表面张力(mN / m);你是一个分子的平均内聚能;δ是维度特征的分子和δ2表示分子的有效表面积。 |
| 微观流体的动力学包括液体的粘度等因素,流体阻力。e射流阻力,它还包括一个帐户的毛细管压力流体流动时毛细血管。 |
| 毛细管压力流取决于其毛细管作用的材料画另一个材料的能力。由于毛细管作用的材料数量绘制称为液体的高度(h),和计算: |
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| γ是表面张力在N / m液态空气界面;θ是表面的雷竞技网页版接触角度,ρ是密度公斤/米3;m / s g是重力2r是列在米半径。[4],[6],[7]。 |
| b材料 |
| 微流体设备制造和流程调查所需的材料有: |
| 1)底物:基质用于制造硅和玻璃基板,金属和溶胶凝胶基质的选择取决于应用程序的需求。玻璃和硅基板时使用小通道微流控系统中需要制作高分辨率和重复性,可以轻松地集成到洁净室环境。溶胶凝胶是由凝结形成的硅酸盐化合物为基础的Si (OH) 4水[8]。它需要Si-0网络形成的薄膜和不应该包含哦,SOG容易收缩。金属常用于MEMS制造和常用的金属铝、钛铜等,但其制造需要昂贵的技术,如微加工等所以的努力用于制作微通道使用所需的宽度和决议的PDMS弹性体用于流分析不同的盐解决方案[9],[10]。 |
| 2)PDMS即聚Di-Methyl硅氧烷:常用在微流体应用Sylgard184的产品名称。PDMS变得稳定和惰性,当接触化学物质,也是玻璃熔丝。雷竞技网页版PDMS往往成为一个弹性固体形成疏水表面后激活或交叉链接。这个特性是主要原因,PDMS表面不会湿水等极性分子,否则会导致疏水性污染物吸收。PDMS是惰性的,不易燃烧的和透明的光学和一次性使用设备由于其低成本和易用性[10],[11]。可以使用此得出结论:PDMS与可重用SU-8主模的形成一个稳定和可靠的微流控软光刻设备[10],[12]。PDMS弹性的特性也使它容易受到特定的问题,如由于压力梯度或重力变形的问题,导致关闭通道[12]。常用的PDMS PDMS RTV - 615和Sylgard PDMS 184。PDMS rtv - 615是美国地震用于发明的首选PDMS微流控阀,观察是健壮的和容易债券双层微流控设备,但它通常是肮脏的,需要调整焊接参数在每个购买自根据批等离子体粘结强度的变化。相反PDMS Sylgard 184年观察到的是清洁PDMS少用于多层,这让两个PDMS层之间的结合更加困难,还有可能在微流控芯片用于哺乳动物细胞培养。 |
| 道康宁Sylgard 184是常用的PDMS微流体。这是一个两部分的系统与混合的硅氧烷交联剂剂比例1:10的比例。这种微交联剂混合比例的增加提高了刚性的PDMS[11],其力学性能可以改变通过改变治疗周期[14]。混合的PDMS其他材料改变其力学性能,帮助使小说特征与传统的PDMS更好或取得。 |
| 优势的PDMS微流控设备制造 |
| •其透明度在光学频率(240 nm - 1100 nm)导致流体对于视觉的观察或显微镜下可能的[15]。 |
| •生物相容性和汽车较低荧光,玻璃基板或其他PDMS层紧密使用等离子治疗帮助生产多层PDMS [16], [17]。 |
| •PDMS可以涂在衬底厚度控制在交联通过使用旋转外套形成多层设备有使用变形通道通过集成microvalves PDMS以来也可变形。 |
| •相对便宜比基础材料和模具结构在高分辨率[18],[19]。 |
| 3)盐的解决方案:研究圆柱形式微通道中的流动的解决方案我们使用不同的FeCl盐解决方案2. .研究铁和铜盐的目的是,当我们知道我们的血管是圆柱形状和Hb含有铁流经它。因此我们将研究这些盐的流动。 |
| •FeCl的盐溶液2:FeCl的盐溶液20.5摩尔浓度制备和估计使用缓冲计算器。FeCl的分子量2是126.75克。的FeCl2。31.685盐(gms)添加到500毫升的水倒在一个烧杯,轻轻搅拌获得铁的盐溶液。 |
| c .其他材料 |
| 线:线的宽度被用作频道模式。 |
| 金属注射器:将盐解决方案在PDMS层入口通道的图案的。 |
| 数码相机:记录视频调查盐流动的解决方案。 |
| d .制造技术 |
| 在一段时间不同的微流控技术用于制造设备。不同的制作方法是: |
| 我微加工。 |
| 二世。M4技术 |
| 微端铣 |
| b。微电火花铣削(微电火花) |
| 三世。等离子体增强化学汽相淀积 |
| 第四,复制成型光刻 |
| 诉x射线光刻技术 |
| 一个联赛。 |
| 第六,CD上的实验室 |
| 七世。压花 |
| 这里的复制方法相结合的方法加工和电解加工的微流控通道采用。 |
方法 |
| 使用PDMS弹性体微通道所涉及的方法制造装备和通道的形状对流动的影响的研究不同盐的解决方案分为三个阶段,第一阶段涉及到制造巩膜的PDMS层使用电线的不同维度,第二阶段包括通道通过电解的增加深度和第三阶段包括两个不同的流分析盐解决方案在不同形状的巩膜研究不同形状对微流体流动的影响。 |
| 答:(Stage1通道模式制造 |
| PDMS Sylgard 184道康宁公司的装备有限公司作为弹性体工具包。两种化学物质基础剂和固化剂的质量比混合10:1,涌入单独玻璃碟盘。PDMS, 110年通用汽车重量是混合的11 gms sylgard准备PDMS混合没有任何气泡的存在。连接不同的维度通过电解,把手伸进PDMS sylgard混合物。PDMS混合涂布线在1000 c烤35分钟。烘烤后,PDMS剥落和电线被移除。研究了不同宽度的圆柱形通道准备使用后移除碎片。这些圆柱式微通道用于流分析的两种盐的解决方案来研究不同的微通道宽度的影响在盐溶液流。 |
| b阶段2:电解 |
| 电解过程是用来增加导线的宽度不同尺寸的圆柱形式微通道。铜线是电解增加线的厚度内弯增加通道的宽度。正如我们所知,在电解硫酸铜电解沉积在金属作为阴极和纯铜作为阳极。因此,我们得到不同厚度的电线通过改变电解的时间。电解是:所涉及的不同的化学反应 |
| CuSO4= = >铜(+ +)+4(”)(1) |
| 铜(+ +)+ 2 e(-) = = >铜(2) |
| 铜= = >铜(+ +)+ 2 e (-) (3) |
| c阶段3:流分析 |
| 巩膜得到了不同形状和两种盐的解决方案被混合CuSO准备4和FeCl2用蒸馏水。这些微流体解决方案是在不同的微通道流动形状进行进一步调查。流分析,我们将流盐溶液通过不同的圆柱形式微通道不同宽度在不同角度的倾向。在微通道流动记录使用数码相机和调查研究圆柱形通道的宽度和倾向对射流的影响。 |
结果和讨论 |
| 调查进行研究不同形状的微通道对流体流动的影响编译表1中获得的数据。获得的结果是绘制速度图(图7)揭示在不同channels-1盐溶液的速度,2和3在不同的倾向。 |
| 答:圆柱通道的参数 |
| 渠道的长度= 3.3厘米 |
| 直径是圆柱形通道= 0.5毫米 |
| 第二圆柱通道直径= 0.25毫米 |
| 直径3圆柱通道= 1毫米 |
结论 |
| 制作的圆柱形巩膜PDMS执行。巩膜有直径0.25毫米,0.5毫米,1毫米长度为3.3厘米。FeCl2解决方案是用于研究流动通道。渠道在PDMS制作连接到平台形式和平台是提升从0度到90度30度的步长。结果揭示了行为的解决方案在圆柱的流动通道。在地面重力直角显示了突出效果让高速通道的流体的流动。 |
表乍一看 |
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| 表1 |
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数据乍一看 |
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引用 |
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