PDMS微流控芯片的制作及其在pH传感器中的应用研究

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pH的测量与当代工农业、生物工程、环境科学等研究领域关系密切,在工业废水中的需求尤为显著。然而现有的pH传感器大多还是采用取样的方式,对随时变化的工业废水的pH检测相对滞后,不能实时反应溶液酸碱性的变化,不能在第一时间控制污染造成的损害。微流控芯片系统是以微管道组成网络,可控流体贯穿整个体系,可以满足实时监测管道中的流体的需求。聚二甲基硅氧烷(PDMS)成本低,透光性好,是当前常见的制备微流控芯片的聚合物材料。针对需要对随时变化的工业废水进行检测,本文建立了一个具有pH传感功能的PDMS微流控芯片系统,可以实时、在线监测污水的pH值的波动。主要内容包括:制作出了具有pH传感功能的基片。通过聚合物物理包埋法来固定pH指示剂,分别研究了不同指示剂的选择、pH传感膜在PDMS基片上的固定方法和吸附机理,以及指示剂溶液中聚合物的含量对基片pH传感性能的影响,确定了最佳参数。制作出了带有微通道的PDMS盖片,并完成基片和盖片的封接。用模塑法完成PDMS盖片的制作,微通道的尺寸为25mm×5mm×0.9mm;对具有pH传感功能的基片表面结构进行了设计,将其分为两部分:传感区和检测区,尺寸分别为15mm×5mm和10mm×5mm;分析了氧等离子体改善PDMS表面疏水性的原理,用氧等离子清洗机完成对盖片和基片的键合。完成整个系统的搭建和调试。搭建光电转换电路,用静态的不同pH值的缓冲液和指示剂的混合溶液对电路完成测试,可以对设定的阈值进行报警,并且阈值可调。组建具有pH传感功能的微流控系统,包括具有pH传感功能的PDMS微流控芯片、注射泵、光电转换电路等模块,完成了整个系统性能的初步测试和分析。
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