大连理工大学研究生试卷系别：机械工程学院课程名称：微制造与微机械电子系统学号：31604078姓名：张良考试时间：2017年1月13日微流控系统温度测量与控制技术摘要：本文主要研究一种简单且可行的用于微流控芯片系统温度测量和控制技术的装置。该装置以CCD摄像机和显微镜作为基本的实验装置，并加入图像采集卡，组合成非接触的荧光指示测温装置，可以得出微流体的温度场数据以及其随着时间的变化趋势。提出了用透明氧化铟锡薄膜玻璃作为加热元件，并且采用PID进行控制算法，组成一个可靠的温度控制系统，稳态时精度可达±0.1℃。采用该测温装置可以测得玻璃微流控芯片的通道内液体温度场在时间和空间上的变化情况。实验结果表明，该方法可靠有效，可以达到μm级的空间分辨率和ms级的时间分辨率。关键词：微流控芯片；温度测量；氧化铟锡薄膜玻璃；CCD摄像机：TH811类别标准分数实得分数平时成绩作业成绩总分授课教师签字TemperatureMeasurementandControlTechnologyofMicrofluidicSystemAbstract：Inthispaper,asimplestructure,lowcost,easyoperation,canbeusedinmicrofluidicchipsystemtemperaturemeasurementandtemperaturecontroldeviceisstudied.ThissystemusesCCDcameraandmicroscopeasthebasicexperimentaldevice,andaddstheimageacquisitioncardtoconstructthenon-contactfluorescentindicatortemperaturemeasurementdevice,andrealizesthemeasurementofthemicro-fluidspacetemperaturefieldandthechangetendencywithtime.Thetransparentindiumtinoxidethinfilmglassisusedastheheatingelement,andthePIDcontrolalgorithmisadoptedtoformacompletetemperaturecontrolplatform.Thesteadystateaccuracycanreach±0.1℃.Theexperimentalresultsshowthatthismethodiseffectiveandcanachievethespatialresolutionofmlevelandthetimeresolutionofmslevel.Theexperimentalresultsshowthatthismethodiseffectiveandcanbeusedtomeasurethespatialresolutionofthemicrochannel.Keywords：microfluidicchiptemperaturemeasurementindiumtinoxidethinfilmglassCCDcamera1前言温度是生物化学研究中的重要参数，目前微流控芯片系统在生物化学分析领域中的应用日益扩展，微流控系统中温度的精确测量和控制也变得愈加重要。理想的微流体温度测量技术应该具备以下几项性能：（1）对微流体不产生干扰，即不影响微流体自身温度；（2）达到微米级的空间分辨率；（3）温度测量范围要广，至少在0℃~100℃之间；（4）测量方法相对简单，容易操作；（5）费用低。由于微流控体系中微流体的体积在μL或nL数量级，若采用传统的传感器探头方式同液体进行接触测量，会因为探头的热容太大而使其周围液体实际温度发生改变，并引起测量误差和测量精度的降低。为了降低测温元件对温度测量的影响，有报道将温度敏感元件采用微加工手段集成在芯片上，由此提高测量精度。但是这种方式仍然为接触测温，所测得温度与实际温度仍然有一定的误差，并且对加工工艺要求较高，在非专业的微加工实验室中加工仍然有一定的难度。由上可以看出，同微流体接触的测温方式总会与微流体的真实温度存在一定的偏差，因此一些非接触的温度测量方式被应用到微流控芯片系统中。其中基于荧光指示剂的微流体温度测量技术是根据染料的荧光强度变化来测温的，不存在染料堵塞通道问题。本章内容以CCD摄像机和显微镜作为基本实验装置，对应用于微流控芯片系统中的荧光指示剂测温技术进行研究。目标是通过非接触的测量方式实现对微流控芯片上一个较大区域的温度监视，同时对控温技术也进行一定的研究。2基于荧光指示剂的微流体温度测量原理2.1系统构成温度测量与控制系统装置如图1所示，测量部分装置为CCD摄像机，经过接口转换器同荧光显微镜相连，将激光器固定在荧光显微镜的镜臂上，使得激发光同发射光之间为共聚焦方式。激光器光斑为300μm；图像采集卡插在PCI插槽上，将CCD摄像机所采集的图像数据保存在硬盘中并同时在屏幕上显示出来。温度控制部分包括ITO玻璃加热器、粘贴在ITO玻璃上的贴片式电阻温度传感器，加热采用可调恒流电源，用于...