基于Solidworks二次开发的DLD微流控芯片参数化设计开题报告

1. 研究目的与意义

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的一种技术，它具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点,可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程[1]。微流控芯片具有广泛的类型、功能与用途，可以开发出生物计算机、基因与蛋白质测序、质谱和色谱等分析系统，现已成为系统生物学，尤其是系统遗传学的极为重要的技术基础。利用微流控芯片进行生物样本处理与分析近些年已经成为微流控领域的研究热点，在微流控芯片上，不仅能进行群体细胞的高效操纵，而且能进行单细胞层面的精准操纵，对细胞样本进行富集、分选和捕获等多样化操作。DLD型微流控芯片即采用确定性侧向位移（DLD,Deterministiclateraldisplacement）技术制作的微流控芯片，利用精确设计的微柱阵列实现细胞的操纵[1]。微流控芯片的发展主要依赖于多学科交叉的发展，随着各学科科技的发展，在未来必定有越来越多的微流控芯片三维模型被制作，为减少学者在微流控芯片的三维建模上花费的时间与精力，本次研究致力于在SolidWorks软件的基础上二次开发一个新程序，通过VB.NET调用SolidWorksAPI函数对SolidWorks进行二次开发设计[2]，使微流控芯片设计者不需要从基础建模开始三维建模，只需要在新程序中输入芯片的相关参数就可在SolidWorks软件中得到想要的DLD型微流控芯片的三维模型。

SolidWorks作为一款强大的三维设计软件，以其优异的设计性能、易用性和创新性等优点受到广大工程技术人员的青睐，SolidWorks具有良好的兼容性和开放性,技术人员可以使用高级编程语言调用API(ApplicationProgramInterface,应用程序编程接口)函数对其进行二次开发，实现复杂零件的快速设计[3]，本次设计就是先在SolidWorks软件中设计好一个DLD型微流控芯片的三维模型，然后通过VB软件调用SolidWorks软件中的API函数设计一个新的程序，使设计者只需要输入控制参数就可以得到想要的DLD型微流控芯片的三维模型，极大地缩短设计时间同时极大地提高设计效率与质量。

2. 国内外研究现状分析

微流控芯片技术(microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的一种技术，它具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点,可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程[1]。微流控芯片具有广泛的类型、功能与用途，可以开发出生物计算机、基因与蛋白质测序、质谱和色谱等分析系统，现已成为系统生物学，尤其是系统遗传学的极为重要的技术基础。利用微流控芯片进行生物样本处理与分析近些年已经成为微流控领域的研究热点，在微流控芯片上，不仅能进行群体细胞的高效操纵，而且能进行单细胞层面的精准操纵，对细胞样本进行富集、分选和捕获等多样化操作。dld型微流控芯片即采用确定性侧向位移（dld,deterministiclateraldisplacement）技术制作的微流控芯片，利用精确设计的微柱阵列实现细胞的操纵。微流控芯片的发展主要依赖于多学科交叉的发展，随着各学科科技的发展，在未来必定有越来越多的微流控芯片三维模型被制作，为减少学者在微流控芯片的三维建模上花费的时间与精力，本次研究致力于在solidworks软件的基础上二次开发一个新程序，通过vb.net调用solidworksapi函数对solidworks进行二次开发设计[2]，使微流控芯片设计者不需要从基础建模开始三维建模，只需要在新程序中输入芯片的相关参数就可在solidworks软件中得到想要的dld型微流控芯片的三维模型。solidworks作为一款强大的三维设计软件，以其优异的设计性能、易用性和创新性等优点受到广大工程技术人员的青睐，solidworks具有良好的兼容性和开放性,技术人员可以使用高级编程语言调用api(applicationprograminterface,应用程序编程接口)函数对其进行二次开发，实现复杂零件的快速设计[3]，本次设计就是先在solidworks软件中设计好一个dld型微流控芯片的三维模型，然后通过vb软件调用solidworks软件中的api函数设计一个新的程序，使设计者只需要输入控制参数就可以得到想要的dld型微流控芯片的三维模型，极大地缩短设计时间同时极大地提高设计效率与质量。

确定性侧向位移分离技术(dld)是一种基于粒子尺寸实现高效、连续分离颗粒的技术，是生物、医学检测等领域中的一项关键技术。lotienrichardhuang和edwardc.cox[4]在2004年提出了确定性侧向位移分离技术，即通过确定的侧向位移实现连续粒子颗粒的分离（见附件图1）。他们报道了一种利用障碍物周围层流不对称分岔的微流控颗粒分离装置，一个粒子根据它的大小尺寸来决定它的路径，所有给定尺寸的粒子都遵循相同的迁移路径，从而获得高分辨率。用于表征该装置的0.8、0.9、1.0微米的微球体在40秒内通过该装置进行了分选，分辨率为10纳米，比传统流体分离技术在时间和分辨率上有更高的效率。细菌和人工染色体等微粒可以在10分钟内分离，分辨率为12%。dld分离技术自从2004年被提出后，由于其具有高效、高分辨率、连续分离等优点,在各种科学杂志和文献中已有不少的实验和应用研究报道，到目前为止已受到全世界科学前沿的广泛关注。上海交通大学的肖丽君[5]等人利用dld型微流控芯片分离了小白鼠血液中的白细胞和染色体，nanli,kamei,d.t.[6]等人利用dld型微流控芯片分离了人体血液中的三种尺寸相差不大的血细胞红细胞白细胞和血小板。

基于确定性侧向位移（dld）技术设计的微流控芯片，其原理是芯片内具有相对于流体流动方向呈一定角度的微柱阵列，尺寸不同的颗粒在流动过程中具有不同的运动轨迹，尺寸大的颗粒会发生侧向位移向一侧汇聚，尺寸小的颗粒会按原轨迹运动，在芯片上设计相应的两个出口，即可收集到相应的微粒颗粒[7]，如附件图2所示。

3. 研究的基本内容与计划

本次设计研究的主要内容是：1. 学习SolidWorks软件的使用方法，掌握SolidWorks制图方法，三维建模方法以及实体装配的方法步骤，并达到熟练程度；2. 根据设计草图，设计制作DLD型微流控芯片的三维模型；3. 学习使用VB6.0软件，读取和筛选SolidWorks软件的API数据编写设计程序；4. 制作完成三维模型的设计程序。

本次研究的计划：1-2周：调研，收集并查阅相关资料，熟悉设计任务，完成文件综述并完成开题报告；3-5周：学习并设计DLD型微流控芯片的三维设计与制作；6-8周：学习VB6.0软件并调用SolidWorks软件的API函数；9-15周：制作完成设计程序并撰写论文；16周：答辩及整理资料。

4. 研究创新点

solidworks是在windows环境下实现的三维机械cad软件，提供了自由、开放、功能完整的api开发工具接口。

这些功能使solidworkss实现了三维cad软件所提倡的易操作性、高效性以及功能完全性。

solidworks软件进行参数化建模的主要技术特点是: 1基于特征。