凝胶微球阵列的制备及在可视化检测中的应用.pdf

摘 要 摘 要 液滴微流控是一项相对较新且发展迅速的技术，在物理、化学、生物医学以及光 学等多学科交叉领域有着广泛的应用。然而，现有液滴生成装置复杂、价格昂贵、且 液滴可控生成操作繁琐，极大程度限制了液滴微流控的发展。因此，开发低成本、跨 尺寸、高通量的自动化液滴生成装置具有重要的实际应用价值。本研究开发了一种自 动化液滴生成装置，该装置由简单易制的液滴微流控设备与高精度 XY 移动平台组装 而成，能低成本实现液滴及微球的图案化制备，有望为液滴技术在化学、生物、光学 以及材料科学中的推广应用奠定技术基础。本试验主要开展了基于商用组件的液滴微 流控设备构建，并将其与 XY 移动平台相结合，用于实现液滴及微球的阵列化制备， 以及金属离子的可视化检测。具体实验结果如下： 1、搭建便携式液滴微流控装置并用于液滴生成。本实验基于商业化微管道构建了 液滴微流控装置，并利用此装置成功实现了单层液滴以及双层液滴的可控制备。另外， 通过调节分散相和连续相的流速比，出口管道直径以及点样针头距出口管道的距离， 实现了微米至毫米级粒径乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 （ETPTA ）液滴的跨尺寸 制备。 2 、组装自动化液滴生成装置，并用于微球的可控制备。本实验将上述制备的液滴 微流控装置搭建于 XY 移动平台，用于液滴阵列的生成。该方法不仅能防止液滴因相 互接触而融合，而且能通过紫外聚合，使液滴在7s 内固化为微球，进而制备出不同形 状及尺寸的聚乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 （PETPTA ）微球。 3、微球的图案化。通过设计及改变液滴移动轨迹，成功制备了矩形、螺旋形、雪 花、齿轮、中国结、星星、花朵、数字、字母等多种图案的微球阵列，此外，通过控 制内相、外相及中间相流速比调节，可控实现了单开口、双开口以及三开口的ETPTA 多孔微球阵列的制备。 4 、微球阵列在可视化检测方面的应用。本实验以直径为 580 μm 的 Cu、Fe 、Cr 字母形状的 ETPTA 微球阵列为模板，成功制备出相应图案的球腔型聚二甲基硅氧烷 （PDMS ）微坑阵列，并在微坑中填充质量比为3 : 1 : 6 的丙烯酰胺、水、聚乙二醇二 丙烯酸酯 （PEGDA ）的混合溶液，经紫外光照后制得水凝胶微球阵列，制得重金属离 子可视化检测芯片。实验结果表明，不同凝胶微球阵列遇 Cu2+显黄色，Fe2+显红色， Cr6+显紫色。应用手机能快速、准确、高效实现这些离子的可视化检测。 综上所述，本实验利用廉价、易得的商业化微管道快速搭建了跨尺度液滴生成装 置，并与 XY 移动平台结合，实现了液滴的高通量及图案化制备，并应用于微球阵列 的制备及应用。该液滴微流控装置因其成本低廉、便于携带、使用方便、能应用于多 I 西北农林科技大学硕士学位论文 种尺寸、结构及图案液滴、微球等材料的制备，有望进一步促进液滴微流控技术的发 展。 关键字：液滴微流控；微图案化；微球阵列；可视化检测 II 目 录 目 录 摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅲ 主要符号对照表 Ⅸ 第一章 文献综述 1 1.1 引言 1 1.2 液滴微流控装置 1 1.2.1 微加工法 2 1.2.2 模塑法 2 1.2.3 3D 打印技术 3 1.2.4 商用模块化组装法 3 1.3 液滴产生原理及方式 4 1.3.1 被动液滴产生 4 1.3.2 主动液滴产生 6 1.4 液滴微流控技术的应用 9 1.4.1 材料制备 9 1.4.2 分析检测11 1.4.3 液滴数字