微流控芯片技术是现代生物医学、化学分析及纳米技术等众多领域中的关键技术之一。它通过在微米尺度上的流体操控,实现了对极小体积样本的快速、高效及自动化的处理。微流控芯片的材料选择、制造工艺、电渗性能研究对于芯片的性能和应用范围具有重要影响。本研究主要关注于使用玻璃和PDMS(聚二甲基硅氧烷)为原材料制备的微流控芯片,以及它们在电渗流性能方面的表现。
微流控芯片的制作通常涉及复杂的工艺流程。早期以玻璃作为基底的微流控芯片因其在物理和化学性质上的优势,如强度高、散热性好、透光性佳以及绝缘性等,成为微流控芯片制造的首选材料。然而,玻璃材料的加工工艺复杂、加工周期长和成本高昂等问题限制了其应用。随着研究的深入,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为代表的聚合物材料由于其易于加工、成本低廉及柔软可弯曲等特点,逐渐成为微流控芯片的另一重要材料。PDMS材料的使用有助于简化芯片的制作流程,缩短生产周期,并降低成本。
本研究采用的湿法刻蚀和浇筑工艺,可以在玻璃和PDMS上制造出结构优化的微沟道,并通过不可逆封接技术成功实现了玻璃与PDMS的集成,从而制备出两种不同结构的微流控芯片。通过这种方式,研究团队成功制造出沟道位于玻璃上的玻璃-PDMS微流控芯片(A型),和沟道位于PDMS上的玻璃-PDMS微流控芯片(B型)。
为了探究这两种微流控芯片的电渗性能,研究者进行了伏安特性研究,发现A型和B型微流控芯片的线性伏安特性最高电压分别为1990V和1050V,对应场强分别为499V/cm和263V/cm。这些数据为芯片在不同电场下的稳定工作提供了理论依据。电渗现象是指在电场作用下,流体在微通道中的流动行为。电渗性能分析表明,缓冲溶液的pH值升高可以导致电渗流速度的增加,此外,表面活性剂SDS(十二烷基硫酸钠)的加入能够显著提高电渗速度和其稳定性。这一发现为微流控芯片在电渗流控制中的应用提供了新的可能性。
电渗性能的研究对于微流控芯片的优化至关重要,因为电渗流是实现芯片内液体操控的关键方式之一。电渗流的稳定性和可控性直接影响到微流控芯片的应用效率和精准度。例如,在DNA分析、蛋白质分离等生物分析领域,电渗流的稳定性和可控性对于提高分析速度和准确度具有重要作用。此外,在药物递送、细胞操纵等生命科学领域,电渗流的特性也决定了微流控系统的功能和性能。
关键词“电渗”、“微流控芯片”、“PDMS”指向了本研究的核心内容与主要创新点。电渗作为一种流体驱动方式,在微流控芯片中应用广泛,而PDMS作为制备芯片的主要材料之一,其与玻璃的结合使用对于提高芯片性能具有重要意义。本文还提到了文献标志码“A”和文章编号,表明该篇论文已被《真空与低温》杂志接受发表。
本研究的中图分类号为TB321,表明其属于材料科学领域。研究得到的成果不仅有助于改善微流控芯片的制造工艺和性能提升,而且对于微流控技术的广泛应用和推广具有重要价值。例如,在微纳尺度上的流体操控技术是实现实验室自动化、微型化和智能化的重要基础,这对于材料科学、生物医学工程、化学分析等诸多领域都具有深远意义。此外,该研究还为芯片的可靠性分析和优化提供了理论和技术支持,推动了微流控芯片技术的发展和创新。