摘要
作为一种新兴的液滴操控技术，基于介电润湿的数字微流控技术凭借其实验试剂用量小、操作反应迅速、可多液滴自动化并行处理等优势，被广泛应用于生物医学和分析化学。但总体来说，由于其较为苛刻的实验条件和昂贵的实验成本，数字微流控技术主要存在于实验室研究阶段。为了提高数字微流控实验的可靠性和普适性，本课题设计和搭建数字微流控系统，制备两种不同电极材料的低成本数字微流控芯片，分析液滴运动过程的受力情况，并对制备的芯片性能进行测试和优化研究，最后进行NO2—浓度检测应用。本课题的主要研究内容如下： 首先，设计和搭建数字微流控系统，数字微流控系统由三部分组成：电源装置、电路控制装置以及数字微流控芯片。电源装置选择函数信号发生器和高压放大器，电路控制装置使用单片机、继电器，继电器与数字微流控芯片上的电极连接。通过单片机来控制电源装置传递到继电器的电信号的通断，进而定向的控制与继电器连接的数字微流控芯片上液滴的运动。 其次，制备两种不同电极材料的低成本数字微流控芯片。以聚对苯二甲酸乙二脂（PET）为基底，通过激光刻蚀技术制作氧化铟锡（ITO）电极的数字微流控芯片；通过丝网印刷技术，以聚酯薄膜和无纺布为基底制作碳油墨电极的数字微流控芯片。两种芯片实现液滴的定向移动、合并，并就移动的液滴进行受力分析。对制备的两种芯片进行性能测试，测量接触角随外接电压变化的关系；探究液滴体积和电极开闭时间对驱动液滴的阈值电压影响；检测两种芯片的溢出电流密度。此外，对影响液滴驱动的阈值电压的因素：电极形状、电极间距和交流电的波形及频率进行研究，对芯片电极的排列方式进行优化，实现液滴的“转向”运动。 最后，基于Griess显色反应，通过数字微流控系统对NO2—进行浓度检测应用。系统控制亚硝酸钠溶液、磺胺溶液以及N-1-萘基乙二胺溶液先后进行移动、融合，使其发生显色反应，NO2—浓度越大，生成物颜色越深，将生成物颜色进行灰度值转换，绘制灰度值-浓度标准曲线，可用于河水、食物中亚硝酸根离子浓度检测。
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