基于免疫微传感器的微流体系统

的弹性可以缓冲微流带来的对微反应室的力的作用，允许外力均匀地施加在电极表面的周围。

2.2.2 微流体结构模具材料的选择

在MEMS工艺中，500 μm的反应室高度较厚，如用深刻蚀等工艺在硅片上实现如此深的结构较为困难。SU-8胶是MEMS工艺中的一种厚胶材料，常用于深结构的制备，故实验采用SU-8胶制作微流体结构模具。而如此厚的SU-8胶所带来的应力和表面张力在制作过程中严重影响到硅片的形状，故采用玻璃圆片为材料，这样也降低了成本。

3 仿真结果

对于电流型免疫传感器，其免疫反应和电化学反应主要发生于中心圆形工作电极区域。在微小的反应空间内，如果修饰溶液、待检测样品、清洗液等试剂能够以工作电极圆心为中心，在圆形电极表面均匀和对称的流动和分布来参与反应，在敏感膜固化的过程中将能够提高生物敏感膜固化过程的一致性，从而保证生物敏感膜的质量。在免疫反应过程中将能够促进敏感膜表面抗原抗体之间免疫反应的均一性，同时促进敏感表面电化学反应发生的一致性，从而提高传感器的响应速度并增大信号响应。在清洗的过程中能够增加电极敏感表面清洗的洁净性和一致性，减少非特异性信号干扰给传感器检测所带来的偏差，增加检测的稳定性和一致性。同时可以避免因反应液局部密集所带来的电流生成不均，避免敏感膜表面受力不均产生的局部脱落等问题。

根据设计的4种微流体结构，实验采用fluent软件进行微流体模拟，验证不同结构的可行性，通过性能上的一些比对，选择合理的微反应室和进出样沟道结构。

3.1 流速与密度分布仿真

如图4所示，对试剂在进出样、清洗等操作过程中的流动情况进行仿真。试剂进入微反应室后，在电极表面附近，液体的流速以电极表面对称。试剂在电极表面分布较为均匀，没有液体局部集中、分布不对称的情况出现。4种结构下反应试剂能够均等地流入到敏感反应区域参加反应，到达电极表面后都能均匀分布于敏感区域及其周围，较好地参与反应，同时采用PBS缓冲液也能够较好地完成清洗任务。

3.2 压力分布仿真

检测过程中应考虑液体输入微反应室时对工作电极表面敏感膜及室壁产生的力的作用，因为力的作用不当会产生敏感膜脱落的现象。实验过程中通过合理地设计选择进液口位置来优化力的分布，减少对敏感膜表面产生的冲击。在设计的4种结构中，对进液口位置的选择分成中心处和边缘处两种，两种结构的压力分布图对比如图5所示。在进液管道附近，液体产生较大的力的作用，而将进液口从反应区域正上方移至边缘处，其产生的力会在中心敏感区域外围被电极周边区域和富有弹性的PDMS室壁缓冲而减弱，不会影响到敏感膜生成区域，较好地解决了进出液对敏感膜可能造成的损害问题；而在中心开口的两种结构位于敏感反应区上方，如图可见试剂输人时会有力作用于中心处，特别是当液体输入速度较高时，会对敏感膜造成损伤。

综合以上模拟分析，从微流体在微反应室内的密度、速度及压力的分布模拟展开讨论和比较，论证了设计结构的可行性，并得到了在边缘处设置进液口的结构较在中心处设置进液口的结构更为合理的结论。当然反应操作过程中实际效果还与进样流速和所用试剂黏稠度的选择等因素有关，因此通过计算设计，制作了不同的微室结构(包括进出液沟道位置、数量及尺寸的不同选择)，如图6。下一步将结合实际检测进一步优化结构和参数。

4 结束语

本文在MEMS工艺制备的电流型免疫传感器基础上，利用SU-8胶和PDMS等材料搭建微流体系统，设计和制备了微反应室以及微进出样沟道，进行了生物敏感膜固化过程的可控性技术及方法研究方面的探索，是提高免疫微传感器检测一致性及稳定性方法研究的关键内容之一，对日益微型化的免疫生物传感器的研制有着重要的研究意义和实用价值。通过fluent软件的模拟，对不同结构下微流体所产生的密度、速度和压力分布给敏感膜固化和免疫检测所带来的影响进行了分析和比较，并做出了结构上的优化和选择。为下一步配合蠕动泵进行免疫检测实验，寻求消除人为干扰、改善微免疫检测环境以及对微反应系统进一步的改进打下基础，也为提高电流型免疫微传感器的稳定性和一致性研究积累了方法和经验。