基于免疫微傳感器的微流體系統(tǒng)

3.2 壓力分布仿真

檢測過程中應(yīng)考慮液體輸入微反應(yīng)室時(shí)對工作電極表面敏感膜及室壁產(chǎn)生的力的作用，因?yàn)榱Φ淖饔貌划?dāng)會(huì)產(chǎn)生敏感膜脫落的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過程中通過合理地設(shè)計(jì)選擇進(jìn)液口位置來優(yōu)化力的分布，減少對敏感膜表面產(chǎn)生的沖擊。在設(shè)計(jì)的4種結(jié)構(gòu)中，對進(jìn)液口位置的選擇分成中心處和邊緣處兩種，兩種結(jié)構(gòu)的壓力分布圖對比如圖5所示。在進(jìn)液管道附近，液體產(chǎn)生較大的力的作用，而將進(jìn)液口從反應(yīng)區(qū)域正上方移至邊緣處，其產(chǎn)生的力會(huì)在中心敏感區(qū)域外圍被電極周邊區(qū)域和富有彈性的PDMS室壁緩沖而減弱，不會(huì)影響到敏感膜生成區(qū)域，較好地解決了進(jìn)出液對敏感膜可能造成的損害問題;而在中心開口的兩種結(jié)構(gòu)位于敏感反應(yīng)區(qū)上方，如圖可見試劑輸人時(shí)會(huì)有力作用于中心處，特別是當(dāng)液體輸入速度較高時(shí)，會(huì)對敏感膜造成損傷。

綜合以上模擬分析，從微流體在微反應(yīng)室內(nèi)的密度、速度及壓力的分布模擬展開討論和比較，論證了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可行性，并得到了在邊緣處設(shè)置進(jìn)液口的結(jié)構(gòu)較在中心處設(shè)置進(jìn)液口的結(jié)構(gòu)更為合理的結(jié)論。當(dāng)然反應(yīng)操作過程中實(shí)際效果還與進(jìn)樣流速和所用試劑黏稠度的選擇等因素有關(guān)，因此通過計(jì)算設(shè)計(jì)，制作了不同的微室結(jié)構(gòu)(包括進(jìn)出液溝道位置、數(shù)量及尺寸的不同選擇)，如圖6。下一步將結(jié)合實(shí)際檢測進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)和參數(shù)。

4 結(jié)束語

本文在MEMS工藝制備的電流型免疫傳感器基礎(chǔ)上，利用SU-8膠和PDMS等材料搭建微流體系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和制備了微反應(yīng)室以及微進(jìn)出樣溝道，進(jìn)行了生物敏感膜固化過程的可控性技術(shù)及方法研究方面的探索，是提高免疫微傳感器檢測一致性及穩(wěn)定性方法研究的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對日益微型化的免疫生物傳感器的研制有著重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。通過fluent軟件的模擬，對不同結(jié)構(gòu)下微流體所產(chǎn)生的密度、速度和壓力分布給敏感膜固化和免疫檢測所帶來的影響進(jìn)行了分析和比較，并做出了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化和選擇。為下一步配合蠕動(dòng)泵進(jìn)行免疫檢測實(shí)驗(yàn)，尋求消除人為干擾、改善微免疫檢測環(huán)境以及對微反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)一步的改進(jìn)打下基礎(chǔ)，也為提高電流型免疫微傳感器的穩(wěn)定性和一致性研究積累了方法和經(jīng)驗(yàn)。