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《东北大学》 2005年
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微流控分析系统中基本物理参数测量技术的研究

戴敬  
【摘要】:在微流控分析系统微米尺度结构中,流体的传质、传热过程与宏观条件下有很大区别。深入研究和掌握微状态下相关物理参数的状况变化是微流控分析系统基础理论研究所必须的,但至今在相关文献中报道甚少。对相关参数测量所使用的技术平台或较为复杂,设备昂贵,或不能完全满足相关研究的需要。本论文对微流控系统中的三个重要的物理参数——微结构的形貌和尺寸、微反应体系的温度、微流体流速的测量技术进行了系统研究,提出了一套投资较少,适于在一般分析实验室中推广又易于实现的测量方法。 工作中首次提出了基于PDMS复制和CCD成像的芯片微结构非破坏性的测量方法。用PDMS固化得到与被复制结构互补的高保真PDMS复制模型,并成功研制了专用的切割工具将PDMS复制模型制成观测切片。该法成功用于各种材料的微芯片结构表征。测量形貌与尺寸和其它标准工具测量结果一致,且对芯片无破坏。以此方法进行微结构特征尺寸测量,相对标准偏差小于4%。其结果同万能工具显微镜(宽度测量)及探针轮廓仪(深度测量)相比,绝对偏差小于0.9 μm。本方法在测定复杂微结构时失真度显著小于机械探针式轮廓仪。 对于微流控系统中微流体温度的测量,本研究中在相关文献基础上建立了非接触的、具有微米级空间分辨率和分秒级时间分辨率的、基于荧光指示剂罗丹明B荧光强度变化的测温体系。系统首次采用了热辐射小、对微芯片温度影响小的普通家用节能荧光灯作为激发光源,采用较低放大倍数的显微镜而获得了3.7 mm×5.5 mm的较大测量范围。为克服测量范围扩大所带来的光照不均匀以及光源的波动、CCD摄像机随机噪声、背景不均匀等因素对图像数据产生的噪声,对图像进行了滤波、逐点移动平滑处理、多幅图像平均以及逐点校正等处理。实验通过测量玻璃微通道内外的温度差、温度梯度芯片的温度梯
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP274

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