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作为分析仪器发展的重要方向与前沿,基于微机电系统加工技术、先进传感器技术和分析化学手段的微流控芯片和微流控分析系统以其分析样品消耗量更少、获得的信息量更丰富、分析过程更加快速、准确、有效以及成本低廉且集成度高的优点,在化学分析、生物分析、环境监测、临床医学诊断等领域都有良好的应用前景并取得了迅速的发展。包括在红细胞流变特性的研究方面,作为血液流变学与细胞流变学研究的一个重要分支,其现有的检测方法随着科学技术的迅猛发展将会面临更多新的挑战并日益凸显出其局限性,而利用微流控芯片技术在微尺度条件下模拟红细胞流变运动,并结合先进检测手段进行红细胞流变特性的测量逐渐成为血液及细胞流变学检测的重要手段之一。
本论文提出了一种利用PDMS微模塑技术,基于功能模块化结构设计和微芯片系统集成技术设计和制作微流控红细胞流变特性测量芯片的方法,完成了相关技术和工艺的研究,并结合已建立的测量系统进行了初步的验证实验。论文完成了以下主要工作:
1)提出基于功能模块化结构设计和微芯片系统集成技术进行微流控红细胞流变特性测量芯片设计的思路,并初步设计了各个功能模块结构。
2)利用PDMS微模塑技术制作和加工了具有不同结构与功能的微流控检测模块,并研究了微芯片系统集成技术和工艺,设计并实现了各个模块以及微观与宏观之间的互连,形成功能集成的整体芯片试验系统。
3)对PDMS微流控芯片的加工工艺、键合方法以及芯片形态的规范化进行了优化。
4)建立并改进整体测量系统,包括在课题组原有的系统基础上改进了进样驱动方式,以稳定流量的恒流控制系统代替了恒压控制系统。
5)对新研制的PDMS微流控红细胞流变特性测量芯片以及改进后的测量系统进行了流动特性初步试验研究,并结合理论公式的推导,验证了各个微结构模块以及整体成型芯片的可行性与合理性。
初步实验表明,利用微流控芯片技术进行红细胞流变特性的测量与研究具有良好的发展趋势与应用前景,这也为微流控技术在血液与细胞流变学领域中的更深入发展奠定了基础。