微流控芯片的研究是一个跨学科的新领域,是新世纪分析科学、微机电加工、生命科学、化学合成、分析仪器及环境科学等许多领域的重要发展前沿。它是以微管道为网络,连接微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件等具有光、电和流体输送功能的元器件,最大限度地把采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等分析功能集成为一体的微全分析系统。 在微流控芯片的制作和使用中发现,微沟道表面总不可避免地存在一定程度的形状误差及缺陷,造成样品的浓度区带展宽,极大地影响电泳芯片的片内和片间分离重复性和样品检测精度。然而,前人的研究都是针对理想结构对电泳分离过程的影响,目前还没有人系统地研究制造过程中引入的微通道形状误差等因素对电泳分离的影响。 本文对“微流控芯片的形状误差对样品分离效果影响”这一问题进行了全面而细致的研究。在对微流控输运机理进行全面认识的基础之上,利用MEMS模拟仿真软件CoventorWare建立了一系列包含形状误差的微沟道模型,并对流过不用结构形状误差区域后样品的峰高和半峰宽进行计算仿真研究后得出,以收缩角和扩张角为代表的微沟道的形状误差对样品的分离效果有不同程度的影响,并存在一个影响程度的转折点。同时,基于玻璃微流控芯片的微加工工艺,制作了两片玻璃芯片,每片带有4个十字交叉型微沟道,代表8个典型角度的形状误差值,利用这两片芯片在“微流控芯片流体动态观测平台”上开展微流控分析实验,考查玻璃芯片的形状误差对样品流动和分离的影响。最终对实验的数据进行整理并与模拟计算的结果相比较后发现,实验与模拟计算的结果吻合的较好,验证了微流控芯片沟道的形状误差对样品分离效果的影响及其规律。 综合分析实验及模拟计算的结果表明,以收缩角和扩张角为代表的微流控芯片沟道的形状误差,对待分析样品的流动和分离效果有很大的影响:随着收缩角的增大,样品的峰高和半峰宽分别呈增大和减小的趋势变化;而随着扩张角的增大,峰高和半峰宽的变化趋势正好相反。并且峰高和半峰宽随两种类型形状误差角的变化都存在一个转折点:当收缩角(扩张角)小于15°(左右),峰高和半峰宽随角度的增大而变化剧烈;当收缩角(扩张角)大于15°(左右)以后,峰高和半峰宽就基本不随角度的变化而变化。这对于更深入地认识微沟道形状误差对样品流动和分离的影响程度、有效控制制造过程中形状误差的范围、评价成品芯片的沟道质量等方面都有一定的指导意义。