毛細(xì)管電泳芯片非接觸電導(dǎo)檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、毛細(xì)管電泳芯片非接觸電導(dǎo)檢測(cè)由于電極與溶液不接觸，有效地克服了檢測(cè)過(guò)程中電極易于污染和高壓干擾的難題，在生化分析領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。檢測(cè)靈敏度是限制非接觸電導(dǎo)檢測(cè)法發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。本文在研究電泳芯片原理的基礎(chǔ)上，提出了一種非接觸電導(dǎo)檢測(cè)池的等效電路模型，優(yōu)化了檢測(cè)池的結(jié)構(gòu)。采用邊界元的方法，解決了檢測(cè)電極間寄生電容較大的問(wèn)題，有效的提高了非接觸電導(dǎo)法的檢測(cè)靈敏度。以PMMA為芯片的基底材料，完成了電泳芯片的制作。構(gòu)建了一種低成

2、本、重復(fù)性好、小體積的非接觸電導(dǎo)檢測(cè)系統(tǒng)，完成了無(wú)機(jī)陽(yáng)離子的分離檢測(cè)。
　　根據(jù)毛細(xì)管電泳非接觸電導(dǎo)檢測(cè)池的物理結(jié)構(gòu)，提出了一種基于電阻電容網(wǎng)絡(luò)的非接觸電導(dǎo)檢測(cè)池的等效電路模型。建立了檢測(cè)池等效電路模型的微分方程，推導(dǎo)了等效電路模型的傳遞函數(shù)。根據(jù)等效電路模型仿真了檢測(cè)電極上的電流分布，研究了非接觸電導(dǎo)檢測(cè)池的電學(xué)參數(shù)和幾何參數(shù)對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響，優(yōu)化了非接觸電導(dǎo)檢測(cè)池的各項(xiàng)參數(shù)。
　　針對(duì)現(xiàn)有電泳芯片的陽(yáng)模板熱壓工藝中存在

3、的問(wèn)題，利用精密機(jī)械加工的方法完成了金屬材料的陽(yáng)模板制作。采用正交試驗(yàn)的方法，確定了影響熱壓鍵合的主要因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了熱壓溫度、熱壓壓力和熱壓時(shí)間對(duì)PMMA電泳芯片微溝道截面形變量的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了PMMA電泳芯片的鍵合工藝參數(shù)模型（83℃，鍵合壓力0.6Mpa，鍵合時(shí)間為7分鐘），在該模型參數(shù)下，完成了厚度為30μm的電泳芯片蓋片與帶有分離溝道的基底材料的鍵合，溝道截面形變量為40％左右。
　　采用邊界元的方法，對(duì)

4、非接觸電導(dǎo)檢測(cè)電極間的寄生電容進(jìn)行了仿真，優(yōu)化了非接觸電導(dǎo)檢測(cè)電極結(jié)構(gòu)。提出了一種新穎的三明治電極結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)電極結(jié)構(gòu)寄生電容較大的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果表明，兩檢測(cè)電極之間的寄生電容為10-15F，比現(xiàn)有的檢測(cè)器寄生電容減小了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　構(gòu)建了一種基于ARM的非接觸電導(dǎo)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，采用相敏檢波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了非接觸電導(dǎo)信號(hào)的檢測(cè)。電泳信號(hào)的幅度由可編程增益放大器自動(dòng)控制，ARM微處理控制4路高壓繼電器，實(shí)現(xiàn)了電泳芯片的

5、夾流進(jìn)樣。系統(tǒng)可以采用USB和RS232串口兩種方式進(jìn)行通信，由高精度的16位A/D轉(zhuǎn)換器完成電泳信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。采用Microsoft Visual C++為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了電泳信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與回放軟件，能夠完成電泳信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、保存和消噪功能。本文根據(jù)毛細(xì)管電泳信號(hào)的特征，建立了電泳信號(hào)的數(shù)學(xué)模型。提出了基于改進(jìn)閾值函數(shù)的組合濾波法和模糊閾值結(jié)合平移不變兩種小波去噪算法。相對(duì)于硬閾值去噪，信噪比提高了3.5dB，峰形誤差為0.

6、29%。該方法有效解決了電泳信號(hào)去噪過(guò)程中產(chǎn)生的Gibbs現(xiàn)象，去噪算法具有較高的信噪比和較好的峰形保持能力。
　　在自行研制的毛細(xì)管電泳非接觸電導(dǎo)檢測(cè)平臺(tái)上，利用優(yōu)化的檢測(cè)池參數(shù)，在220V/cm的分離電壓下，K+和Mg2+兩種無(wú)機(jī)陽(yáng)離子能夠在40s的時(shí)間內(nèi)有效的分離檢測(cè)。對(duì)單粒子進(jìn)行了多次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，具有較好的重復(fù)性，峰形誤差小于1.5%。K+離子的檢測(cè)限在10-6mol/L。最后利用該可移動(dòng)的電極結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)了兩種無(wú)機(jī)陽(yáng)離子在