八通道高压微流控芯片流体智能电动控制仪的研制及其应用.pdfVIP

八通道高压微流控芯片流体智能电动控制仪的研制及其应用’ 李清岭，公晓聪，刘新，李洪民，陈蓁蓁辣克花，唐波 山东师范大学化学化工与材料科学学院，教育部分子与纳米撵针重点实验室，济南。250014 擅薹针对简单结构或多通道弼络结构(如5-8个渡池芯片)馓流控芯片分析研究的需要。设计 井研制了可选8通道独立高压输出的徽流控芯片流体智能电动控制仪(简称IEED)，简要介绍了电 驱动控制微通道网络内流体的原理、研制仪器的组成、性能特点发其应用。 美t词微流控芯片撒流体：多通道高压，电驱动，智能控制 I引言微通道阿络内流体的驱动与控制技术是微分析系统研究的基础，也是满足微流控芯片电泳进 样方式、分离模式和分离重现性的重要保证…。近年来．微芯片流体的操纵主要依赖于两类微泵技 术——嘲控泵技捌”和连续动态流(微泵)控制技术”o。前者需要泵驱动流体、阀控制流体：而后者 Ⅲ4依靠施加到被驱动流体上的能量提供流体的驱动操作．流体流向则是通过外加能量场的方向进行 控制．电驱动是一种重要的连续流控技术，在微系统中十分重要。困为毛细效应．电驱动通常是推 动“m级通道中流体的最为高效的驱动手段。电驱动控制以外加电压(电场)作为流体的驱动源，通 过外加电压的同步切换调节微通道网络的节点电压．进而调控每个通道电场强度的大小和方向；在 不同的徽通道中产生不同流速的同时．可咀控制微通道网络交叉口的流体漉动方向，从而完成微分析 过程中的、汇流、分流等流体操作。当前，微流控芯片发展的一个重要趟势是芯片中集成了更多的微 通遒网络和功能单元。芯片上里多关注的流量为100 pUmin一几个pUmin范围的流体驱动(一般不 考虑压强)，并要求流体在微通道昔网问的流量(速)、拼c动相组成和流向可控。崮此，要在这样的芯 片通道阿络内实现流体流量(速)和流向的自动控制，发展多通道(电极)电压可编程控制和稳定 输出的智能化仪器技术十分必要。 2IEED组成如图l所示，晌三D141主要由作为控制核心的单片徽处理器、外强时序电路、软件和上 位计算机rPc机)构成。Windows环境F的操作软件可阱提供包括串口初始化、建立新试验、电压 量稳选择(每个电极可选择的电压量程为2000V，5000V和80100V三种)、实验参教设置、输出运行、 实时数据，曲线的显示等多个应用界面．界面间切换方便、人机友好．且可配套运行Windows操作下 的任何芯片检测器。I：EED充分利用了自身软件和Pc机的显示功能，其外部只保冒断电／复位开芙， 所有操作、显示都在Pc机显示界面中完成。这一设计既减少了硬件用量、提高了仪器的稳定性． 又方便了整个分析系统的自动化。 圈h髓D外观缸其磋件结构示意瞳 致谢：凋家自然科学基盒(№20675058)资助 E-raild女抖I吲。蛐u曲∞位inglingLl)：T咄B0耐口u捌u‘n(B01姐g) 3IEED主要性能特点基于实时通讯、运算、可视化操作和可编程控制，IEED将每个电极电压输出 的整个运行时间分为6个时间段，步(每步表示芯片分析实验的进样、分离检测等操作步骤)。每步 的实验参数包括电极数(1．8)、电极电压量程(2000VDc、5000 VDc、8000VDc)、电极电压输出 模式(断开，悬空、接通、接地)、运行时间(0—9999s)和循环输出次数(0-9999)等，均可自由组合、 实验前单独设置。实验运行时，IEED能够在真实的时间内，用一个新颖的可编程时序电压操纵同步 提供8个独立电极的高压供给／监测、电流供给／监测、悬空，断开、接地通断以及实验数据／曲线的实 时显示等输出流程，包括改变预置实验参数、中断实验和过流意外情况的处理。其次，每个电极电 压不同输出模式间的转换可以在ms级时间内完成，并且稳定可靠、互不干扰。实验结束后，自动保 存一次完整芯片分析中所设置的实验参数，以便相同实验时不需重新设置。因为有了这些功能，IEED 能够取代了一整套不协调的多路高压电源、万用表和控制装置，将微流控芯片分析中的进样(汇流) 和分离(分流)等多个实验步骤与快速、稳定的操作结合在一起，使得创建适应性强、误差范围小的有 效微流体控制更为灵活和简便，便于在不同结构芯片中完成不同的微流体操纵实验设计。 4IEED应用在不同结构芯片上的应用表明[5-Ioi：该仪器多个电极电压模式(断开，悬空、接通、接地)