题目：基于硅藻的微流体检测芯片制造技术研究

微流体芯片是一种能够实现样品反应、分离、检测等功能的微小芯片，微流体检测芯片是微流体芯片的一个重要分支。对于一般的生物检测芯片而言，需要在芯片反应区安装检测探针，当含有目标分子的流体通过微流道时，探针捕获靶分子，从而完成生物检测。因此，反应区内的检测探针数量的多少，以及探针对靶分子的捕捉能力，是决定微流体检测芯片灵敏度和可靠度的两大关键。

硅藻壳体主要构成材质为SiO2，具有各种微米尺度标准几何外形及规则微纳米多级孔隙，其大比表面积带来良好的吸附特性，不仅可以大量绑定检测探针，而且可以增强对样品中靶分子的吸附能力。如果将硅藻安置在微流体芯片检测区域，有望提高微流体检测芯片检测精度。

本文首先以流体-固体耦合仿真分析手段，通过Ansys Workbench模拟了圆筛藻表面侧向流和法向流两种情况的流体特性和圆筛藻受力情况。分析表明，侧向流在圆筛藻孔室中会型成涡状流，这有利于流体与圆筛藻表面充分接触，增大流体中靶分子与检测探针的接触概率，并仿真计算出侧向流中圆筛藻与基片间的最小结合强度；法向流中圆筛藻更适合于对流体(尤其是气态流体)进行过滤，并结合圆筛藻机械强度计算出流经圆筛藻的最大流体速度。

在有限元仿真基础上，设计、制造了基于硅藻的微流体芯片，对其中涉及的关键制造工艺进行了研究：如硅藻壳体的酸洗及纯化工艺、微流体基片的制造工艺、硅藻在基片上的定位及定向排布连接工艺等，成功制造出具有规则点阵阵列的硅藻基微流体芯片。为了进一步提升硅藻基芯片的检测灵敏度，首次采用多种硅藻组合方法，利用较大尺寸圆筛藻实现对较小尺寸菱形藻的封装，制造出了具有多层硅藻结构的微流体芯片。

对所制造的基于硅藻的微流体芯片进行了荧光蛋白检测实验。测试结果表明，在检测阵列点上的表面积越大，则其所能绑定的检测探针数量就越多，相应的，其检测可靠性和灵敏度就会越高。硅藻基微流体芯片检测灵敏度与常规芯片相比最高可提高13倍。最终证明了基于硅藻的微流体芯片在提高检测灵敏度和可靠性的优势，并对芯片的应用前景做出了展望。