论文摘要
电渗泵（electroosmotic pump）作为一种非机械式微型泵,是以电渗流为动力驱动流体工作,具有连续输液,无可移动部件,无脉动,无机械磨损以及避免单向阀和动态密封的微渗漏等特点,可精确输送微升及纳升级流体,是微流体系统的动力系统。通过电压正负极的切换可以方便的控制微通道中电渗流的流动方向,实现泵的功能；优化微通道的几何尺寸,可在微通道中产生不同的流速；微加工工艺简单,器件可靠性高,容易与其他微器件集成,具有很好的发展前景。然而,长时间工作常导致电解液电解产生气泡并进入电渗泵通道,使电渗泵无法正常工作。通过在电渗泵体系中加入关键部件—离子桥（ion bridge）或叫电场隔离器（electric field decoupler）可保证电渗泵系统的电导通,同时可将工作载液与铂电极隔离,消除电解产生的气泡及电解产物对系统的干扰,确保电渗泵长时间稳定工作。本论文旨在解决电渗泵体系中关键部件—聚丙烯酰胺凝胶微电极的研制及改进,并将其与正性整体柱相结合建立电渗泵系统,对电渗泵的工作性能及电极的特性进行测试与考察。在论文第一章中,我们对电渗泵进行归纳总结,介绍了电渗泵的工作原理,并将其进行分类,讨论了电渗泵的性能及影响因素。其次对电渗泵关键部件—离子桥或叫电场隔离器进行分类,对离子桥—聚丙烯酰胺凝胶分类,总结现有聚丙烯酰胺凝胶柱的制备技术,对其应用做简单概括。在第二章中,我们对聚丙烯酰胺凝胶微电极的制备工艺进行了优化,着重解决电极无空泡问题。以往报道中,聚丙烯酰胺凝胶柱制备工艺复杂,容易产生空泡,成功率低。我们采用浓度为9%T+3%C和15%T+2%C的丙烯酰胺聚合溶液在预处理毛细管中进行自由基聚合,一次性灌胶制成凝胶柱。通过考察温度,流速等因素对其工艺条件进行优化,在灌胶流速≥0.4mL/min的冰浴中,无空泡凝胶柱的制备成功率高达100%。分别从抗有机调节剂能力,导电性和抗机械压力三方面考察凝胶性能,发现该凝胶微电极在乙腈浓度为0-60%的乙腈-水溶液中24h内不收缩,当乙腈浓度为80%时,凝胶微电极可以承受20h的浸泡,加电条件下可以工作5h不断电；当乙腈浓度为100%时,凝胶微电极可承受13h浸泡,加电可1h不断电。凝胶微电极导电性随着有机调节剂乙腈含量的增加而降低,在pH2.0-12.0间具有良好的导电性,不同pH下导电性变化不大。在实验条件允许的范围内（最高压力达34.5MPa）,凝胶电极在高压下累计长达6h无明显损伤。在第三章中,我们分别引入正性单体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（META）和负性单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐（SPMA）,制得正性凝胶微电极和负性凝胶微电极,以此改善凝胶电极的聚合条件,并具备新的特性。我们依次从聚合时间,聚合状态等方面考察其制备工艺,得出添加官能单体（META/AMPS/SPMA）后,凝胶聚合时间延长,聚合工艺简单化；新型的凝胶电极抗有机调节剂能力增强,导电性增强。耐压性达34.5MPa,性能优于未加新单体的凝胶电极。综合性能考察,选用具有20%META和20%AMPS单体的新电极作为最佳电渗泵微电极。在第四章中,将制得的凝胶微电极结合整体电渗柱建立电渗泵,考察了在电渗泵的工作状态下,凝胶电极的实际性能。从结果可以得出,新型凝胶微电极电阻小,导电性好,用其组成的电渗泵性能优良,在0-100%乙腈浓度下的0.1%三氟乙酸体系下,可稳定工作长达8h,性能优于采用旧凝胶电极的电渗泵。在第五章中,总结了本论文的创新点：1.工艺改进,即将连续流更新反应液和冰浴控制反应相结合,采用新型连续灌胶法在冰浴中一次性快速制备聚丙烯酰胺凝胶微电极；2.性能改进,即引入正性及负性功能性单体形成新型的聚丙烯酰胺凝胶微电极。对本课题的现存问题及今后的发展做了介绍。