针对离心式微流控生化分析芯片的结构特点，设计了一种基于吸光度检测技术的光探测系统。通过双波长检测方法降低了闪烁氙灯光强输出稳定性差对吸光度检测结果的影响，采用同步触发的定位方式实现了检测过程中芯片的精确定位，并分析了进样误差对吸光度检测结果的影响。实验结果显示，采用双波长检测方法时系统吸光度重复性为0.0994% CV(变异系数)；同步触发定位误差极小，在该种定位方式下的吸光度重复性为0.1429% CV；样品与试剂的进样重复性小于2% CV，满足国家标准。该系统结构简单，易于集成，检测结果稳定可靠，在医学临床诊断领域具有重要的实用价值。

为了在微流控芯片上形成封闭的微通道等功能单元,克服热压键合中微流控结构的塌陷和热压所致芯片微翘曲对后续键合的影响,提出了一种适用于硬质聚合物微流控芯片的黏接筋与溶剂协同辅助的键合方法.以聚碳酸酯(PC)微流控芯片为研究对象,通过热压法在PC微流控芯片上的微通道两侧制作凸起的黏接筋,通过化学溶剂丙酮微溶PC圆片的表面,然后将PC圆片与带有黏接筋的PC微流控芯片贴合、加压、加热,从而实现微流控芯片的键合.分析了键合机理,并对键合工艺参数进行了优化.实验结果表明:键合质量受丙酮溶剂溶解PC圆片的时间和键合温度的影响,能够保证键合质量的最佳键合温度为80~90°,溶解时间为35~45 s,芯片的键合总耗时为3 min.与已有键合工艺相比,所提出的黏接筋与溶剂辅助键合工艺有效提高了键合效率.该键合方法不仅适用于具有不同宽度尺寸微通道的微流控芯片,还可扩展用于不同材料的硬质聚合物微流控芯片.

为了克服离心式微流控芯片上血清提取对虹吸管亲水性的依赖,保证离心式微流控芯片功能的稳定性和可靠性,在芯片上设计了连接于血液分离腔的压缩空气腔,实现了高转速下血液的分离。基于压缩空气的辅助作用,并通过转速降低导致压缩空气腔内所储存气体压强的释放对血清的泵送作用,实现了离心式微流控芯片上血清的定量提取。基于等温气体的热力学平衡理论,分析了压缩空气腔压缩体积和虹吸管内液面位置与电机转速之间的关系,给出了基于压缩空气辅助作用的离心式血清提取结构的设计规律。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材,采用CO2激光加工工艺,制作了离心式血清提取芯片,并测试了不同转速下被压缩气体的体积和血清液面在虹吸管中的位置。实验结果表明：转速为4000 r/min时,空气的被压缩量为8.7 μL,虹吸管能有效抑制全血溢出以防止全血进入血清提取腔;当转速降为1 000 r/min时,压缩气体所储存压强得到释放,克服了离心力,并驱动血清流过虹吸管最高点,进而实现血清的定量提取。

分析了由亲/疏水性不同壁面组成的微通道内毛细流动的动态效应对台阶阀截止功能的影响和在台阶阀截止过程中毛细流动动态效应与台阶阀前微通道长度的关系。根据毛细被动阀的工作原理和能量守恒原理, 得出台阶阀有效截止时, 台阶阀前微通道临界长度的计算公式。通过数值仿真得到临界长度所对应的计算长度, 当台阶阀前微通道实际长度大于等于计算长度时, 台阶阀即可有效截止。用聚二甲基硅氧烷( PDMS) 和玻璃为材料键合制作微流控芯片, 在三面疏水、一面亲水的矩形微通道内进行了台阶阀截止实验。对于深度为40 μm, 宽度为200～400 μm的系列微通道, 台阶阀前微通道的计算长度为4.531 6～10.081 μm, 在台阶阀前微通道实际长度为10～2 000 μm的微流控芯片内进行的台阶阀截止实验表明, 即使台阶阀前微通道实际长度为10 μm, 台阶阀也能有效截止毛细流动。因此, 在微通道内台阶阀截止过程中毛细流动的动态效应可以忽略。

研究了聚合物芯片上由亲/疏水性不同壁面组成的微通道内流体的流动行为。为了实现该类微通道内液体的自发毛细流动和被操作液体的自发毛细输运，根据系统总表面自由能极小原理，提出了微通道内毛细输运自发实现时微通道的临界深宽比条件。在以二聚二甲基硅氧烷(PDMS)和玻璃为材料的微流控芯片上进行了三面疏水一面亲水微通道内水的毛细输运实验。针对165 μm，200 μm和265 μm 3种深度的通道，理论计算的临界深宽比为0.5，而实验得到的值分别为0.4714，0.4878和0.4818，实验结果与理论预测结果基本相符，从而验证了由亲疏水性不同的壁面组成的微通道内毛细输运自发实现的临界深宽比条件。