聚合物纳流控通道的溶剂蒸发辅助自封闭机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61574053
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0407.微纳机电器件与控制系统
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Polymers have been pursued as an alternative substrate for nanofluidic devices for its chemical stability, biocompatibility and easy fabrication with low cost. Sealing between the structure substrate and the cover is the key technique for the manufacture of nanofluidic chips and directly affects the quality of fabricated products. Based on the different interface effects, many sealing methods were developed for the fabrication of nanofluidic channels. Channel sealing with easy fabrication and well controlled dimensions is an urgent obstacle remaining unsolved due to lack of fully understanding the interface effect between the enclosed layers.. In this proposal, we present a novel fabrication method for generating polymer nanofluidic channels by exploiting solvent-assisted self-sealing of PMMA solution, in which the channel is enclosed by its self induced by diffusion and evaporation into poly(dimethylsiloxane) (PDMS) cover. Firstly, polymeric nano trenches fabricated by nanoimprint are filled by polymer solution with selective dewetting technique. The trenches substrate and PDMS cover layer are brought together and then a vertical capillary motion of PMMA solution into PDMS layer can give birth to hollow structures with an embedded cavity under certain conditions. . To investigate the self-sealing mechanism, a transient semi-infinite mass transport model is developed to predict the behavior of the moving solution/cavity front in the trench, based on the property of polymer chain motion induced by solution evaporation. Molecular simulation method is employed to demonstrate the physical mechanism during the formation and variation of the embedded cavity. Real time monitoring by intensity of diffracted light has been proposed to control the seal-sealing process precisely. The property of gas transport through the nanochannels is systematically investigated to classify the interaction between the section dimensions and helium. We propose a new principle to characterize the channel dimension through the molecular flow conductance measurement. By this way, the dimension of sealed channels is measured to reveal the sealing rules and features affected by polymer concentration, molecular weight of polymer chain, and wettability of trenches.. This proposal should provide fundamental contributions to demonstrate large scale easy fabrication of micro/nano fluidic system with well controlled dimensions, low cost and high throughput.
聚合物纳流控通道的封闭是该类器件制造和应用的关键技术前提,如何利用沟槽结构和贴合盖片之间的界面效应,实现高效、尺寸可控的通道封闭一直是亟待解决的问题。本项目根据聚二甲基硅氧烷 (PDMS)多孔渗透性能,提出基于溶剂蒸发辅助效应实现聚合物通道自封闭的新理论,利用气体流导表征通道尺度,研究通道自封闭形成机理。基于沟槽内溶剂通过PDMS蒸发过程中聚合物分子迁移特性,构建溶剂扩散作用导致的自封闭空腔界面移动模型,仿真分析聚合物迁移过程中自封闭空腔形成和变化的物理机制。通过实时测量衍射光强量化控制聚合物通道自封闭过程;研究气体传输特性与通道截面尺寸的耦合规律,发展分子流流导表征通道截面尺寸的新原理。通过尺寸测试结合自封闭模型阐释通道结构尺寸与聚合物浓度、溶剂种类、沟槽结构和聚合物分子重量等因素的响应机制。研究结果将为聚合物纳流控通道简单高效的可控密封和微纳结构尺度表征提供理论依据和新方法。

结项摘要

目前的聚合物微纳流控通道封闭技术在方法适用性和封装效率等方面还存在问题,一直是制约纳流控系统批量化和器件化制造的瓶颈。结合聚合物材料特性进一步研究其在微纳沟槽界面的边界效应,寻找尺度可控、简单高效的通道封闭机理是微纳流控器件制作的关键问题。本项目提出了一种提出基于溶剂蒸发辅助效应实现聚合物通道自封闭的新方法,利用气体流导表征通道尺度,探究通道自封闭形成机理,通过实时测量衍射光强量化控制聚合物通道自封闭过程,自封闭过程的量化控制。为聚合物纳流控通道简单高效的可控密封和微纳结构尺度表征提供理论依据和新方法。主要工作和成果综述如下:.1、基于沟槽内溶剂通过PDMS蒸发过程中聚合物分子迁移特性,构建溶剂扩散作用导致的自封闭空腔界面移动模型,仿真分析聚合物迁移过程中自封闭空腔形成和变化的物理机制;.2、优化溶剂蒸发辅助自封闭纳米通道制作工艺,研究溶剂种类、聚合物浓度、沟槽结构和表面能等因素对自封闭过程的影响,成功制作出微米和纳米尺度的聚合物流控通道;.3、发展基于实时监测的通道自封闭工艺过程的量化控制技术,利用封闭通道负一级衍射强度随通道尺寸变化的特性,通过监测衍射强度掌控通道自封闭的过程;.4、提出了一个表征纳米结构尺寸的新方法,即利用分子流状态下气体在纳米通道传输流导恒定特性,推导出纳米通道的结构尺寸,发展了差压法、质谱法和动态差压衰减法等气体传输特性表征方法,建立气体传输特性与通道截面尺寸的耦合规律的通道截面尺寸表征新原理;.5、研制出多种纳流控通道与测试系统封接新方法,采用玻璃封接和熔融封接技术解决硅与金属热膨胀系数不匹配的问题,获得了低于-11 Pa m3/s的极低本低漏率的纳流控通道和金属封接结构;.6、将纳流控通道应用于微纳流量传输控制测试方面,在航天和大科学工程等方面真空检漏计量方面取得示范应用。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Fabrication of self-enclosed nanochannels based on capillary-pressure balance mechanism
基于毛细管压力平衡机制的自封闭纳米通道的制备
  • DOI:
    10.1142/s0217984917502530
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    Modern Physics Letters B
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Kou Yu;Sang Aixia;Li Xin;Wang Xudi
  • 通讯作者:
    Wang Xudi
New leak assembly based on fluidic nanochannels
基于流体纳米通道的新型泄漏组件
  • DOI:
    10.1116/1.4960646
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Journal of Vacuum Science & Technology A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Aiqing Zhu;Yongheng Zhao;Xudi Wang;Yu Wang;Wei Wei;Keqiang Qiu;Dong Dong
  • 通讯作者:
    Dong Dong
Volume measurement based on dynamic differential pressure decay using AAO leak element
使用 AAO 泄漏元件进行基于动态压差衰减的体积测量
  • DOI:
    10.1016/j.vacuum.2019.108887
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Vacuum
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Dexue You;Wang Yongjian;Zhenhua Yu;Yan Zhao;Zhenhua Xi;Yongjun Cheng;Lichen Sun;Donghui Meng;Xudi Wang
  • 通讯作者:
    Xudi Wang
A newly-developed wide range molecular flow meter based on AAO leak element
新开发的基于AAO泄漏元件的宽量程分子流量计
  • DOI:
    10.1016/j.flowmeasinst.2019.101686
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Flow Measurement and Instrumentation
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Xudi Wang;Hao Wang;Yu Hua;Qing Cao;Hailin Bi;Jun Zhang;Zhenhua Yu;Wei Wei
  • 通讯作者:
    Wei Wei
Fabrication of the nanofluidic channels type leak assembly based on the glass frit sealing method
基于玻璃熔块密封法的纳米流体通道型泄漏组件的制作
  • DOI:
    10.1116/1.5119842
  • 发表时间:
    2019-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Zhou, Wentian;Bi, Hailin;Wei, Wei
  • 通讯作者:
    Wei, Wei

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  • 通讯作者:
    潘洋

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再吸附效应下狭长空间高真空封装过程的迟滞放气机理
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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