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试样处理(续)

下一节:检测技术

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试样处理(续)课程教案、知识点、字幕

下面我们来看过滤

过滤与前面所说的混合有一点类似

也是在层流的情况下

我们怎么能够获得一个 从一种溶液中

提取我们想要的被分析物这样的一个目的

通常情况下我们采用一个类似于英文H型字母

这样的一个结构

我们把它叫做H型过滤器

从H型过滤器的两个输入端分别输入两相流

那么这两相在流动的过程中

处于一个层流的状态

因此

在层流的过程中一种溶液中的溶剂

会向另一种溶液中扩散

当两种溶剂的性质不同的时候

它们的扩散速度也不一样

因此

在管道流出的时候

扩散系数大

扩散速度快的分子

就从一种溶液扩散到了另一种溶液

而扩散系数小

扩散速度慢的分子仍旧留在原来的溶液中

我们用这幅图可以典型的看出来

在输入端有红蓝两种不同的分子

当输入端的溶液与缓冲液并行流动的时候

蓝色的分子由于扩散系数大

扩散速度快

在出口的时候有很多已经扩散进入了缓冲液

如果我们把这一个过程进行几次重复

那么就能够实现一个比较良好的过滤

这个表格给大家看到了我们常用的

几种化学物质

它的一些扩散系数和扩散100微米长

所需要的时间

我们来看一下苯妥英

它的扩散系数达到了5.8

那么在扩散100微米长的时候需要8.6秒

而对于最下一行的免疫球蛋白

它的扩散系数只有0.43

那么扩散100微米长的时候

需要将近120秒的时间

所以对于不同的分子具有不同的扩散特性

那么可以通过层流的办法进行二者的

区分和筛选

接下来我们来看一下在传统分析化学中

比较常用的一种分析方法

毛细管电泳

毛细管电泳利用的实际上是电解质中

带电粒子在电场力的作用下

以不同的速度运动的这样的一个特性

我们来看这样的一个公式

运用相同的长度Lt的时候

所需要的时间是Lt的平方除以U和V的乘积

那么V是我们通过电容两端所施加的驱动电压

U是电泳速度和电渗流速度的比值

由于这二者都与被分析物的荷质比有关

所以

我们通过不同的分析物就可以获得

不同的电泳时间

也就是这幅图所看到的

当我们在入口有两种分子混合成

一个液塞注入的时候

通过电泳一段距离以后

两种被分析物就产生了距离上的差距

那么我们出口先后收集到就是

两种不同的被分析物

实现这样的一个功能经常用到的芯片

就像这个图所示的

我们采用一个十字型的交叉管道

在这个管道的相应位置施加电泳

所需要的驱动电压

那么在输出端我们就可以用时间

来区分两种不同的分析物

接下来我们来看一下色谱法

色谱法也是传统分析化学里面

常用的一种分离方法

它所利用的是不同的样品与色谱柱中的固相

和液相之间的作用不同

那么在流出的时候

二者就产生了区分

我们来看当色谱柱中具有一些固相的时候

我们把两种要分离的物质和流动相

一起注入到色谱柱中

由于两种不同的物质与色谱柱中的

固相和流动相产生不同的作用

比如说吸附力的大小不同

有的吸附力大

有的吸附力小

那么在出口的输出端

吸附力大的就流动比较慢

吸附力小的流动比较快

因此

在出口端首先出现的就是流动速度比较快的

像这幅图所示的

通过一个色谱柱我们可以把黄 蓝 红 绿

四种颜色的物质把它区分开

然后在出口得到的就是这四种不同的物质

在芯片上由于我们可以采用微加工的手段

所以在芯片上实现色谱柱的时候

我们可以采用一些不同结构的固定相

这些固定相具有不同的形貌 尺寸以及密度等等

以实现我们不同的分离目标

像这个图给大家看到的分别是一些

复杂的锥形和一些圆柱体

那么圆柱体的表面进行一些表面改性以后

还可以获得更好的一些固定相效果

接下来我们来看一下层流所控制的流动转向

我们前面讲到的微流体在管道中流动的时候

都是沿着既有的管道直线流动的

如果想要它转向该采用什么办法呢

我们来看这一幅图

在垂直方向上

如果我们注入了水和一个绿色的试剂

在水平方向上我们注入了水和一个红色的试剂

假设水平和垂直方向是分别注入的

那么在流动的过程中

它们就形成了我们图示中的绿色箭头

或者红色箭头的方向

但是

如果水平和垂直的流动是同时注入的

那么在二者的交汇点

由于流动的相互作用会把绿色的溶剂

向左侧挤压

把红色的溶剂向上方挤压

因此

我们通过与之垂直的一些流动就可以改变

不同的流动方向

像这幅图我们看到的

可以把水平方向的流动改为竖直方向

也可以把竖直方向的流动改为水平方向

那么通过从一个端口注入几种溶液的办法

我们还能够精确的控制柱塞的大小

形成我们所需要的非常小的一些鞘流

我们来看这个图

当水平方向的被分析物向右侧流动的过程中

在垂直两个方向上注入相向流动缓冲液

那么这两个缓冲液会挤压我们被分析物的

流动过程

使原来的粗管道流动变成一个细管道流动

那么这个时候再进行一个进样的过程

就可以把原来的很大的一部分被分析物

通过鞘流的办法切割为一个很小的流动物

我们看这两个荧光照片所展示的例子

我们既可以通过上下注入缓冲液

挤压形成鞘流

来获得一个更细的流动

也可以通过控制上下的电压

使上下缓冲液的流量不同

从而来改变流动的方向

下面我们来看一下在芯片上实现的深化反应

通常深化反应需要一定的反应条件

比如说压强 温度等

那么在芯片上来实现深化反应

可以有两个优点

第一是反应物的数量是可以微量可控的

这跟我们采用了一个很窄的流动系统

来控制进样量的大小有关

第二微反应的环境是可测和可控的

例如说我们集成了不同的传感器

就可以获得温度 流量 PH值等一些参数

那么通过参数来进行对反应条件的控制

这个图给大家看到的是一个典型的

在芯片上进行反应的反应腔结构图

那么它包括了一个反应腔

以及控制反应腔的器件

我们来看对于常规的反应来讲

我们需要提供一个反应温度

所以我们来介绍三种可以进行

温度控制的反应体系

第一个是微热板

微热板又分成固定的反应腔和流动的反应腔

这幅图给大家看到的是一个固定的反应腔

那么它包括一个氢氧化钾所刻蚀的反应腔自身

以及来控制反应腔内部的一个加热电阻

这个加热电阻既可以是金属也可以是多晶硅

对于

位于底部的加热电阻通以一定的电流的时候

我们就能够对反应腔的温度进行准确的控制

同时我们也可以在底部来集成一个温度传感器

在加热的同时来获得温度的信息

下面是一个流动的反应器

它跟前面介绍的固定反应腔不同

它的整个反应是在流体管道内流动完成的

同时

它的温度控制可以在不同的管道区域

进行不同的温度选择

从而可以使流体在流动的过程中

经历不同的温度区段

像这个图就是一个典型的

有五种温度控制的一个流体管道

当然我们也可以采用一些其它的结构形式

如果对于反应的温度要求比较高

或者对反应液滴的体积要求比较高

我们也可以采用一个微型悬臂梁的结构

那么这一个悬臂梁像一个跳水板一样

悬空在衬底的边缘

上面带有加热电阻

由于上下的绝热效果对于这样的一个悬臂梁

我们可以用一个很小的电压

迅速的将它加热到几百甚至于上千度

同时由于它的热容量很小

它的冷却速度也很快

那么这样的一个反应平台对于研究

一些微观上的生化反应机理有很大的帮助

除了我们前面提到的流动和反应腔式的结构

在很多的情况下我们需要液滴进行反应

也就是一个独立的液滴和另一个独立的液滴

进行反应

同样实现这样独立的液滴

我们也采用基于电润湿的方式

或者前面讲过的基于乳液的形成方式

像这一幅图给大家看到的就是

一个典型的基于电润湿的方式

还有利用流动我们可以形成多向流的反应器

例如这一个图我们把反应物一和反应物二

同时注入到流体通道的入口

经过一定长度的混合

二者在一个比较长的管道内流动的过程中

产生相应的生化反应

反应结束以后

我们还可以在另一个位置注入一个反应物三

那么同样也可以经过混合和第二次的生化反应

所以如果多种物质需要进行先后顺序的反应

那么我们只需要在不同的管道节点

注入相应的物质就好了

如果是多种物质同时进行反应

那我们需要在管道的入口将这些物质同时注入

MEMS与微系统课程列表:

第一章 概述

-第1小节 MEMS的定义

--MEMS的定义

-第1小节 MEMS的定义--作业

-第2小节 MEMS的应用领域

--MEMS的应用领域

-第2小节 MEMS的应用领域--作业

-第3小节 MEMS的发展

--MSMS的发展

-第3小节 MEMS的发展--作业

-第4小节 MEMS的发展(续)

--MEMS的发展(续)

-第4小节 MEMS的发展(续)--作业

第二章 微系统基本理论—基础力学与基本物理

-第1小节 应力和应变

--应力与应变

-第1小节 应力和应变--作业

-第2小节 弹性梁

--弹性梁

-第2小节 弹性梁--作业

-第3小节 弹性梁(续)

--弹性梁(续)

-第3小节 弹性梁(续)--作业

-第4小节 薄板与流体的基本概念

--薄板与流体的基本概念

-第4小节 薄板与流体的基本概念--作业

-第5小节 流体的基本概念(续)

--流体的基本概念(续)

-第5小节 流体的基本概念(续)--作业

-第6小节 静电力

--静电力

-第6小节 静电力--作业

-第7小节 尺寸效应

--尺寸效应

-第7小节 尺寸效应--作业

第三章 微系统制造技术I—光刻与体微加工技术

-第1小节 MEMS光刻技术

--MEMS光刻技术

-第1小节 MEMS光刻技术--作业

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向同性湿法刻蚀

-第2小节 体微加工技术—各向同性湿法刻蚀--作业

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀

-第3小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀--作业

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

--体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)

-第4小节 体微加工技术—各向异性湿法刻蚀(续)--作业

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀

--体微加工技术—干法刻蚀

-第5小节 体微加工技术—干法刻蚀--作业

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀

--体微加工技术—时分复用深刻蚀

-第6小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀--作业

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

--体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)

-第7小节 体微加工技术—时分复用深刻蚀(续)--作业

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀

-- 体微加工技术—稳态深刻蚀

-第8小节 体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用

--体微加工技术—稳态深刻蚀--作业

-第9小节 体微加工技术—干法刻蚀设备与应用--作业

第三章 微系统制造技术II—表面微加工技术

-第1小节 表面微加工技术概述

-- 表面微加工技术概述

-第1小节 表面微加工技术概述--作业

-第2小节 表面微加工技术的几个问题

--表面微加工技术的几个问题

-第2小节 表面微加工技术的几个问题--作业

-第3小节 表面微加工代工工艺

--表面微加工代工工艺

-第3小节 表面微加工代工工艺--作业

-第4小节 表面微加工的应用

--表面微加工的应用

-第4小节 表面微加工的应用--作业

-第5小节 厚结构层技术

-- 厚结构层技术

-第5小节 厚结构层技术--作业

第三章 微系统制造技术III—键合

-第1小节 键合概述与直接键合

-- 键合概述与直接键合

-第1小节 键合概述与直接键合--作业

-第2小节 阳极键合与聚合物键合

--阳极键合与聚合物键合

-第2小节 阳极键合与聚合物键合--作业

-第3小节 金属键合与键合设备

-- 金属键合与键合设备

-第3小节 金属键合与键合设备--作业

第三章 微系统制造技术IV—集成与封装

-第1小节 工艺集成

-- 工艺集成

-第1小节 工艺集成--作业

-第2小节 系统集成

--系统集成

-第2小节 系统集成--作业

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成

--单芯片集成与多芯片集成

-第3小节 单芯片集成与多芯片集成--作业

-第4小节 三维集成

--三维集成

-第4小节 三维集成--作业

-第5小节 MEMS封装

--MEMS封装

-第5小节 MEMS封装--作业

-第6小节 MEMS封装(续)

--MEMS封装(续)

-第6小节 MEMS封装(续)--作业

第四章 微型传感器I—传感器的敏感机理

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 压阻传感器

--压阻传感器

-第2小节 压阻传感器--作业

-第3小节 电容传感器与压电传感器

--电容传感器与压电传感器

-第3小节 电容传感器与压电传感器--作业

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器

--谐振传感器与遂穿传感器

-第4小节 谐振传感器与遂穿传感器--作业

第四章 微型传感器Ⅱ—压力传感器

-第1小节 压力传感器

--压力传感器

-第1小节 压力传感器--作业

-第2小节 压阻式压力传感器

-- 压阻式压力传感器

-第2小节 压阻式压力传感器--作业

-第3小节 压阻式压力传感器(续)

--压阻式压力传感器(续)

-第3小节 压阻式压力传感器(续)--作业

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器

--电容式压力传感器与谐振式压力传感器

-第4小节 电容式压力传感器与谐振式压力传感器--作业

-第5小节 硅微麦克风

--硅微麦克风

-第5小节 硅微麦克风--作业

第四章 微型传感器Ⅲ—惯性传感器

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述

--惯性传感器与加速度传感器概述

-第1小节 惯性传感器与加速度传感器概述--作业

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器

--压阻式与电容式加速度传感器

-第2小节 压阻式与电容式加速度传感器--作业

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器

--电容式与热传导式加速度传感器

-第3小节 电容式与热传导式加速度传感器--作业

-第4小节 微机械陀螺概述

--微机械陀螺概述

-第4小节 微机械陀螺概述--作业

-第5小节 典型微机械陀螺

--典型微机械陀螺

-第5小节 典型微机械陀螺--作业

-第6小节 典型微机械陀螺(续)

--典型微机械陀螺(续)

-第6小节 典型微机械陀螺(续)--作业

-第7小节 模态解耦合

--模态解耦合

-第7小节 模态解耦合--作业

第五章 微型执行器

-第1小节 执行器概述

--执行器概述

-第1小节 执行器概述--作业

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器

--静电执行器—平板电容执行器

-第2小节 静电执行器—平板电容执行器--作业

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)

--静电执行器—平板电容执行器(续)

-第3小节 静电执行器—平板电容执行器(续)--作业

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器

--静电执行器—叉指电容执行器

-第4小节 静电执行器—叉指电容执行器--作业

-第5小节 热执行器

--热执行器

-第5小节 热执行器--作业

-第6小节 压电执行器和磁执行器

-- 压电执行器和磁执行器

-第6小节 压电执行器和磁执行器--作业

第六章 RF MEMS

-第1小节 RF MEMS概述

-- RF MEMS概述

-第1小节 RF MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS开关I

--MEMS开关I

-第2小节 MEMS开关I--作业

-第3小节 MEMS开关II

--MEMS开关II

-第4小节 MEMS开关III

--MEMS开关III

-第4小节 MEMS开关III--作业

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器

--MEMS谐振器—梳状谐振器

-第5小节 MEMS谐振器—梳状谐振器--作业

-第6小节 MEMS谐振器—板式谐振器

--MEMS谐振器—板式谐振器

-第7小节 MEMS谐振器的制造

--MEMS谐振器的制造

-第7小节 MEMS谐振器的制造--作业

第七章 光学MEMS

-第1小节 光学MEMS概述

-- 光学MEMS概述

-第1小节 光学MEMS概述--作业

-第2小节 MEMS光开关I

--MEMS光开关I

-第2小节 MEMS光开关I--作业

-第3小节 MEMS光开关II

-- MEMS光开关II

-第3小节 MEMS光开关II--作业

-第4小节 影像再现I—反射器件

-- 影像再现I—反射器件

-第4小节 影像再现I—反射器件--作业

-第5小节 影像再现II—衍射器件

--影像再现II—衍射器件

-第5小节 影像再现II—衍射器件--作业

-第6小节 影像再现III—干涉器件

--影像再现III—干涉器件

-第6小节 影像再现III—干涉器件--作业

第八章 微流体与芯片实验室

-第1小节 概述

-- 概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 软光刻技术

--软光刻技术

-第2小节 软光刻技术--作业

-第3小节 微流体输运

--微流体输运

-第3小节 微流体输运--作业

-第4小节 微流体输运(续)

--微流体输运(续)

-第4小节 微流体输运(续)--作业

-第5小节 试样处理

--试样处理

-第5小节 试样处理--作业

-第6小节 试样处理(续)

--试样处理(续)

-第7小节 检测技术

--检测技术

-第8小节 微流体应用

--微流体应用

-第8小节 微流体应用--作业

-第9小节 微流体应用(续)

--微流体应用(续)

-第9小节 微流体应用(续)--作业

第九章 BioMEMS

-第1小节 概述

--概述

-第1小节 概述--作业

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器

--药物释放 神经探针 生物传感器

-第2小节 药物释放 神经探针 生物传感器--作业

-第3小节 可穿戴与可植入微系统

--可穿戴与可植入微系统

-第3小节 可穿戴与可植入微系统--作业

试样处理(续)笔记与讨论

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