3 仿真結(jié)果

　　對于電流型免疫傳感器，其免疫反應和電化學反應主要發(fā)生于中心圓形工作電極區(qū)域。在微小的反應空間內(nèi)，如果修飾溶液、待檢測樣品、清洗液等試劑能夠以工作電極圓心為中心，在圓形電極表面均勻和對稱的流動和分布來參與反應，在敏感膜固化的過程中將能夠提高生物敏感膜固化過程的一致性，從而保證生物敏感膜的質(zhì)量。在免疫反應過程中將能夠促進敏感膜表面抗原抗體之間免疫反應的均一性，同時促進敏感表面電化學反應發(fā)生的一致性，從而提高傳感器的響應速度并增大信號響應。在清洗的過程中能夠增加電極敏感表面清洗的潔凈性和一致性，減少非特異性信號干擾給傳感器檢測所帶來的偏差，增加檢測的穩(wěn)定性和一致性。同時可以避免因反應液局部密集所帶來的電流生成不均，避免敏感膜表面受力不均產(chǎn)生的局部脫落等問題。

　　根據(jù)設計的4種微流體結(jié)構，實驗采用fluent軟件進行微流體模擬，驗證不同結(jié)構的可行性，通過性能上的一些比對，選擇合理的微反應室和進出樣溝道結(jié)構。

　　3.1 流速與密度分布仿真

　　如圖4所示，對試劑在進出樣、清洗等操作過程中的流動情況進行仿真。試劑進入微反應室后，在電極表面附近，液體的流速以電極表面對稱。試劑在電極表面分布較為均勻，沒有液體局部集中、分布不對稱的情況出現(xiàn)。4種結(jié)構下反應試劑能夠均等地流入到敏感反應區(qū)域參加反應，到達電極表面后都能均勻分布于敏感區(qū)域及其周圍，較好地參與反應，同時采用PBS緩沖液也能夠較好地完成清洗任務。

　　3.2 壓力分布仿真

　　檢測過程中應考慮液體輸入微反應室時對工作電極表面敏感膜及室壁產(chǎn)生的力的作用，因為力的作用不當會產(chǎn)生敏感膜脫落的現(xiàn)象。實驗過程中通過合理地設計選擇進液口位置來優(yōu)化力的分布，減少對敏感膜表面產(chǎn)生的沖擊。在設計的4種結(jié)構中，對進液口位置的選擇分成中心處和邊緣處兩種，兩種結(jié)構的壓力分布圖對比如圖5所示。在進液管道附近，液體產(chǎn)生較大的力的作用，而將進液口從反應區(qū)域正上方移至邊緣處，其產(chǎn)生的力會在中心敏感區(qū)域外圍被電極周邊區(qū)域和富有彈性的PDMS室壁緩沖而減弱，不會影響到敏感膜生成區(qū)域，較好地解決了進出液對敏感膜可能造成的損害問題；而在中心開口的兩種結(jié)構位于敏感反應區(qū)上方，如圖可見試劑輸人時會有力作用于中心處，特別是當液體輸入速度較高時，會對敏感膜造成損傷。

　　綜合以上模擬分析，從微流體在微反應室內(nèi)的密度、速度及壓力的分布模擬展開討論和比較，論證了設計結(jié)構的可行性，并得到了在邊緣處設置進液口的結(jié)構較在中心處設置進液口的結(jié)構更為合理的結(jié)論。當然反應操作過程中實際效果還與進樣流速和所用試劑黏稠度的選擇等因素有關，因此通過計算設計，制作了不同的微室結(jié)構（包括進出液溝道位置、數(shù)量及尺寸的不同選擇），如圖6。下一步將結(jié)合實際檢測進一步優(yōu)化結(jié)構和參數(shù)。

　　4 結(jié)束語

　　本文在MEMS工藝制備的電流型免疫傳感器基礎上，利用SU-8膠和PDMS等材料搭建微流體系統(tǒng)，設計和制備了微反應室以及微進出樣溝道，進行了生物敏感膜固化過程的可控性技術及方法研究方面的探索，是提高免疫微傳感器檢測一致性及穩(wěn)定性方法研究的關鍵內(nèi)容之一，對日益微型化的免疫生物傳感器的研制有著重要的研究意義和實用價值。通過fluent軟件的模擬，對不同結(jié)構下微流體所產(chǎn)生的密度、速度和壓力分布給敏感膜固化和免疫檢測所帶來的影響進行了分析和比較，并做出了結(jié)構上的優(yōu)化和選擇。為下一步配合蠕動泵進行免疫檢測實驗，尋求消除人為干擾、改善微免疫檢測環(huán)境以及對微反應系統(tǒng)進一步的改進打下基礎，也為提高電流型免疫微傳感器的穩(wěn)定性和一致性研究積累了方法和經(jīng)驗。