集成电极微流控芯片采用微加工工艺将具有多种结构和多种材料的微电极集成到微流控芯片材料上，从而实现微流控芯片的多功能化，在众多的工程应用及科研生产等领域中有着重要的应用价值和广阔的应用前景。然而，现阶段集成电极微流控芯片的实际制作水平仍然落后于其理论设计水平，集成电极微流控芯片的加工问题成为微流控芯片发展及应用首先需要解决的问题。集成电极微流控芯片的制备大多需要昂贵的设备和复杂的工艺，因此，高效率、低成本、低消耗的集成电极微流控芯片制备技术成为人们关注的热点问题。


本文以集成电极微流控芯片制备技术为目标，系统地研究基于液滴脉冲微喷射的微流道、微电极及集成电极微流控芯片的制备，并对制得的集成电极微流控芯片进行性能分析和实验研究。基于边界层理论对脉冲惯性力主导下的微流体驱动原理进行了理论分析，为提高微喷射系统的喷射能力，设计了新型的储液池结构内锥形微喷嘴，并通过求解微喷嘴内粘性流体的运动微分方程，对微喷嘴内的流体速度进行了分析。采用ANSYS软件的Fluent模块对微喷射过程中主液滴的形成进行了数值分析，研究了入口速度和微喷嘴出口收缩率对微喷射形成及卫星液滴产生的影响规律。


以显微频闪拍摄系统观测了主液滴及卫星液滴的微喷射形成过程。制备了新型的储液池结构内锥形微喷嘴，研究了液滴脉冲微喷射系统参量对微喷射稳定性和微喷射量的影响，结果表明储液池结构内锥形微喷嘴有利于提高系统的喷射能力和喷射稳定性，通过合理控制微喷射系统参数，可以实现稳定的液滴脉冲微喷射和对微喷射液滴体积的控制，为甘油水溶液、石蜡及纳米银墨水的稳定、可控微喷射提供了实验依据。分析了微液滴在具有微纳粗糙结构基底表面的润湿特性，及微液滴撞击该固壁表面后的最大铺展直径，探讨了液滴接触角和液滴重叠率对微液线成型的影响，为甘油水溶液、石蜡及纳米银墨水微液滴及微液线的稳定成型提供了理论依据。基于液滴脉冲微喷射技术和甘油液体模塑法工艺，提出了新型的PDMS光滑微流道制备方法。


首先研究了基于甘油液体阳模微喷直接成型的微流道制备工艺，将甘油水溶液微喷射至亲水化处理的玻璃基底表面，直接形成甘油液体阳模，经模塑工艺后制得了深宽比为0.08，表面粗糙度算术平均偏差Ra值为179.1 nm的PDMS光滑微流道。为提高液体模塑法制备微流道的深宽比，研究了基于甘油液体阳模提拉-微喷成型的微流道制备工艺，将石蜡按需微喷射至玻璃基底表面形成石蜡图层，经超疏水处理和牺牲石蜡图层的方法制得亲疏水图层，接着通过提拉法在亲水区域制备甘油液体阳模，通过继续微喷射甘油水溶液的方法进一步提高甘油液体阳模的高度，经模塑工艺后制得了深宽比为0.28，表面粗糙度算术平均偏差Ra值为125.1 nm的光滑微流道。基于液滴脉冲微喷射技术，提出了新型的集成电极微流控芯片制备方法。


首先研究了集成电极微流控芯片所需玻璃基底微电极的制备工艺，将纳米银墨水按需微喷射至经疏水化表面处理的玻璃基底表面，经烧结固化后形成了最小宽度为45μm，电阻率为5.2μΩ.cm微电极。微电极的性能分析与测试结果表明，制得的微电极微观形貌良好，微电极的平均厚度为2.2μm;微电极经胶带测试实验后，阻值变化率为3.1%，具有较高的结合强度;微电极在空气中自然放置和与酸碱溶液持续接触的过程中，阻值变化率较小，具有较高的稳定性。最后将制得的PDMS微流道和微电极通过键合工艺制备集成电极微流控芯片，并进行葡萄糖溶液浓度的电化学流动检测分析，结果表明当葡萄糖溶液的浓度为0.2-8 mmol/L时，响应电流与葡萄糖糖溶液的浓度具有较高的线性关系，检出限为0.15 mmol/L。制得的集成电极微流控芯片具有较高的一致性和检测重复性。