确定性侧向位移（DLD）分选技术是一种基于粒子尺寸、形状、可变形性等的，高效、连续的分选方法，该方法是在微通道中设计一些特定形状的障碍物阵列，当流体在较低雷诺数下流过芯片时，流体中的颗粒与障碍物之间发生相互作用，不同几何特征的微粒受到的流体力不同，运动轨迹也不同，从而实现分选。
DLD分选原理
在DLD分选芯片中，微通道内可以设计不同形状的微柱，由于圆形微柱制作简单，分选效果稳定，所以本章采用圆形微柱结构。
圆形微柱阵列如图1．１所示，图中的曲线表示流体流线，研究表明，当粒子的半径小于第一流线宽度β时，粒子将沿着原流线运动，当粒子半径大于第一流线宽度；
时由于细胞和微柱的作用将产生侧向偏移，所以第一流线宽度Ａ是确定粒子运动轨迹的关键因素，习惯上用表示该临界Dc：
采用DLD方法分选特定粒子的关键就是要设计能产生合适Dc值的DLD芯片，为了计算Dc，用θ表示横向两个相邻微柱之间的偏移角度（如图２．１所示），λ表示这两个相邻微柱中心的距离。
▲λ表示这两个相邻微柱垂直方向的偏移量。定义行变换分数ε为两相邻微柱纵向偏移量和横向中心距离的比值。可以表示为：
已知圆形微柱DLD芯片中流体的速度场是对称的，满足抛物线方程，用μ（x）表示微柱纵向间隔ｇ与微柱间流速ｖ的关系，流体在微柱边缘的速度为0，在两个微柱间的中心点速度最快，即速度抛物线会经过（0，0），（a,0），（g/2，Vmax）三个点，将其带入抛物线公式，则得到μ（x）与微柱间隔ｇ、最大速度Vmax之间的关系为：
已知第一流线间的流体通量和微柱间隔ｇ内总流体通量间的比值等于行变换分数ε，根据此关系对μ（x）进行积分，可以得到
将公式（1,１），（1,３）代入公式（1,４）进行求解可得：
求解Ｍ得：
综上所述，粒子运动轨迹的关键量——临界值Dc的大小主要由微柱纵向间隔g和行变换分数ε决定。
图1.1DLD原理示意图
系统总体设计
该系统是采用DLD微藻分选芯片根据尺寸将混合藻中不同种类的微藻分选出来，该系统主要由DLD微流控分选芯片，显微镜，注射泵组成，图1.2（b）为系统的实物照片。
分选芯片是整个系统的核心部件，根据DLD原理，尺寸大于临界值的细胞将发生确定性侧移从中央出口流出，尺寸小于临界值的细胞将沿原流线从外部出口流出，从而实现两种细胞的分离。
图1.2 DLD分选系统总体图
（a）系统总体设计图(b)系统实物图(c)微藻显微图片
微流控芯片设计
芯片结构如下图所示：
图1.3 芯片结构图
微流控芯片的制作
图形绘制
通过以上分析确定了分选芯片的各参数，接下来需要进行芯片的加工制作。首先采用CAD设计软件将芯片的结构准确的绘制出来，然后将该图形制作成掩模，掩模采用菲林材质制作而成，其作用是为了将芯片图形印到模具基底上。图1.4(a) 所示DLD分选芯片的设计图，图1.4(b)为芯片掩模图。
图1.4芯片设计与芯片掩膜
（a）芯片设计图 (b)掩模实物图
完成芯片掩模制作后，需要将掩模的图形打印到芯片基底模具上，本章中选用的是软光刻技术其优点是通道高度可调，可根据需求进行设计，基底使用的材质是硅片，使用的光刻胶为液态光刻胶，该光刻胶为负性光刻胶，该胶被紫外线照射过的部分将留在硅片上，没有照射过的部分可以被显影液冲洗掉。其制作过程如图1.5(5)所示，主要包括７个步骤：
图1.5 DLD分选芯片基底的制作图
（ａ）芯片基底的制作步骤（ｂ）分选芯片基底实物图
１）清洗，首先使用丙酮和去离子水清洗硅片表面，再用氮气吹干。
２）前烘，前烘的作用是为了增强硅片的粘附性，使光刻胶和硅片表面更贴合。方法是将硅片放置在加热器上，65℃加热10min，95℃加热12min，然后在室温下冷却10min。整个过程需要在无尘的环境下进行，避免硅片上落上灰尘。
３）旋涂，根据所需制作通道的高度选择合适的光刻胶，以及设置旋涂机的转数。
４）中烘，为了增强光刻胶的粘附性，使其固化在硅片表面，需要进行烘烤。方法是将
涂满光刻胶的硅片放置在加热器上，95℃加热10min，然后在室温下静置冷却10min该步骤同样必须在清洁的环境下操作，避免落上灰尘。
５）曝光，将掩模摆放在硅片上，固定好，然后将硅片放置在曝光机下，调整好位置，
设置曝光机紫外线能量为250mj/cm2，设定曝光时间为15S。紫外线曝光过的光刻胶会固化在硅片表面，不会被显影液清洗掉，紫外线透过掩模的透明区域照射在硅片的光刻胶上，使透明区域固化，这样掩模上的图形即可被保留在硅片上。
６）后烘，后烘是为了增强光刻胶的曝光特性。方法是将紫外线曝光好的硅片放置在加热器上，65℃下加热1min，然后调整温度为95℃，加热5min后，静止在室温下冷却10min，这个步骤也要在清洁环境下进行，避免落上灰尘。
７）显影，将后烘完的芯片放置在显影液中浸泡6min。显影液会将没有被紫外线照射过的光刻胶洗掉，而被紫外线曝光过的通道图形则固化在硅片表面。显影完毕用丙酮及去
离子水交替冲洗干净后用氮气吹干，至此就完成了分选芯片基底的制作。图1.5(b)所示为制作好的分选芯片基底。
芯片的硅基基底模具制作完成后，需要进行芯片的制作与封装该分选芯片为两层结构，上层为聚二甲基娃氧焼（Polydimethylsiloxane）简称PDMS）层，下层为载玻片，PDMS具有很好的透光性，无毒，对细胞无伤害，是微流控芯片制作的常用材料。制作步骤如图1.6所示，主要包括７个步骤：
图1.6芯片的制作与封装过程
１）混合：取３０ｇ的ＰＤＭＳ加入３ｇ的固化剂与之混合（１０：１），使用玻璃棒搅拌均匀。
２）抽真空：将混合均匀的ＰＤＭＳ放置在真空烤箱中常温下放置ｌｈ，去除混合液体中的气泡。
３）倒胶：将前面做好的硅片模具清洁后用锡纸包裹，做成凹槽状。将真空去除气泡后的ＰＤＭＳ缓缓地倒在模具表面，注意不要出现气泡，倒入ＰＤＭＳ的厚度约为３ｍｍ。
４）烘烤：将倒好ＰＤＭＳ溶液的硅片放入烤箱中，８０
°Ｃ烘烤２ｈ。要保证水平放置，否则会出现厚度不均的情况。
５）裁切：将烘烤完固化的ＴＯＭＳ从硅片上小心的剥离，用薄膜包好后，将芯片裁剪成所需的大小，在进液槽和出液槽的位置用打孔器打孔。
６）等离子清洗：将裁切好并打完孔的芯片用氮气清洁干净，将芯片和载玻片都放入等离子清洗机中清洗ｌｍｉｎ，等离子清洗的作用是增强芯片及载玻片表面的亲水性，从而使ＰＤＭＳ芯片和载玻片更紧密的贴合。
７）封装：将等离子清洗后的芯片和载玻片键合，轻轻挤压去除气泡，这样就完成了芯片的制作。
制作好的芯片如图1.7所示
图1.7 DLD分选芯片实物图及显微镜尺寸测量图
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核心关键词链接：PDMS Mold，PDMS chip，SU8模具
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