集成電極微流控芯片采用微加工工藝將具有多種結(jié)構(gòu)和多種材料的微電極集成到微流控芯片材料上，從而實現(xiàn)微流控芯片的多功能化，在眾多的工程應(yīng)用及科研生產(chǎn)等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)階段集成電極微流控芯片的實際制作水平仍然落后于其理論設(shè)計水平，集成電極微流控芯片的加工問題成為微流控芯片發(fā)展及應(yīng)用首先需要解決的問題。集成電極微流控芯片的制備大多需要昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的工藝，因此，高效率、低成本、低消耗的集成電極微流控芯片制備技術(shù)成為人們關(guān)注的熱點問題。

本文以集成電極微流控芯片制備技術(shù)為目標(biāo)，系統(tǒng)地研究基于液滴脈沖微噴射的微流道、微電極及集成電極微流控芯片的制備，并對制得的集成電極微流控芯片進行性能分析和實驗研究?；谶吔鐚永碚搶γ}沖慣性力主導(dǎo)下的微流體驅(qū)動原理進行了理論分析，為提高微噴射系統(tǒng)的噴射能力，設(shè)計了新型的儲液池結(jié)構(gòu)內(nèi)錐形微噴嘴，并通過求解微噴嘴內(nèi)粘性流體的運動微分方程，對微噴嘴內(nèi)的流體速度進行了分析。采用ANSYS軟件的Fluent模塊對微噴射過程中主液滴的形成進行了數(shù)值分析，研究了入口速度和微噴嘴出口收縮率對微噴射形成及衛(wèi)星液滴產(chǎn)生的影響規(guī)律。

以顯微頻閃拍攝系統(tǒng)觀測了主液滴及衛(wèi)星液滴的微噴射形成過程。制備了新型的儲液池結(jié)構(gòu)內(nèi)錐形微噴嘴，研究了液滴脈沖微噴射系統(tǒng)參量對微噴射穩(wěn)定性和微噴射量的影響，結(jié)果表明儲液池結(jié)構(gòu)內(nèi)錐形微噴嘴有利于提高系統(tǒng)的噴射能力和噴射穩(wěn)定性，通過合理控制微噴射系統(tǒng)參數(shù)，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的液滴脈沖微噴射和對微噴射液滴體積的控制，為甘油水溶液、石蠟及納米銀墨水的穩(wěn)定、可控微噴射提供了實驗依據(jù)。分析了微液滴在具有微納粗糙結(jié)構(gòu)基底表面的潤濕特性，及微液滴撞擊該固壁表面后的最大鋪展直徑，探討了液滴接觸角和液滴重疊率對微液線成型的影響，為甘油水溶液、石蠟及納米銀墨水微液滴及微液線的穩(wěn)定成型提供了理論依據(jù)。基于液滴脈沖微噴射技術(shù)和甘油液體模塑法工藝，提出了新型的PDMS光滑微流道制備方法。

首先研究了基于甘油液體陽模微噴直接成型的微流道制備工藝，將甘油水溶液微噴射至親水化處理的玻璃基底表面，直接形成甘油液體陽模，經(jīng)模塑工藝后制得了深寬比為0.08，表面粗糙度算術(shù)平均偏差Ra值為179.1 nm的PDMS光滑微流道。為提高液體模塑法制備微流道的深寬比，研究了基于甘油液體陽模提拉-微噴成型的微流道制備工藝，將石蠟按需微噴射至玻璃基底表面形成石蠟圖層，經(jīng)超疏水處理和犧牲石蠟圖層的方法制得親疏水圖層，接著通過提拉法在親水區(qū)域制備甘油液體陽模，通過繼續(xù)微噴射甘油水溶液的方法進一步提高甘油液體陽模的高度，經(jīng)模塑工藝后制得了深寬比為0.28，表面粗糙度算術(shù)平均偏差Ra值為125.1 nm的光滑微流道?；谝旱蚊}沖微噴射技術(shù)，提出了新型的集成電極微流控芯片制備方法。

首先研究了集成電極微流控芯片所需玻璃基底微電極的制備工藝，將納米銀墨水按需微噴射至經(jīng)疏水化表面處理的玻璃基底表面，經(jīng)燒結(jié)固化后形成了最小寬度為45μm，電阻率為5.2μΩ.cm微電極。微電極的性能分析與測試結(jié)果表明，制得的微電極微觀形貌良好，微電極的平均厚度為2.2μm;微電極經(jīng)膠帶測試實驗后，阻值變化率為3.1%，具有較高的結(jié)合強度;微電極在空氣中自然放置和與酸堿溶液持續(xù)接觸的過程中，阻值變化率較小，具有較高的穩(wěn)定性。最后將制得的PDMS微流道和微電極通過鍵合工藝制備集成電極微流控芯片，并進行葡萄糖溶液濃度的電化學(xué)流動檢測分析，結(jié)果表明當(dāng)葡萄糖溶液的濃度為0.2-8 mmol/L時，響應(yīng)電流與葡萄糖糖溶液的濃度具有較高的線性關(guān)系，檢出限為0.15 mmol/L。制得的集成電極微流控芯片具有較高的一致性和檢測重復(fù)性。