《大氣壓環境下高輸運效率MEMS納升電噴霧電離源的研究》是依託大連理工大學,由鄒赫麟擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大氣壓環境下高輸運效率MEMS納升電噴霧電離源的研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄒赫麟
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目主要研究大氣壓環境下電噴霧電離過程中離子輸運性能，重點解決大氣壓環境下電噴霧電離離子的約束和聚集，以建立具有高輸運效率的納升電噴霧電離源系統。此系統尤其在生物質譜技術和生命科學領域有重要套用價值。主要研究內容包括：1、大氣條件下離子聚集輸運過程分析和建模；研究基於電動力學原理設計的聚集透鏡的微結構與電場分布和氣壓分布關係，預測聚集離子軌跡。研製的矽基離子聚集電極，採用動態脈衝電場結合直流和浮地電勢，實現大氣壓下電噴霧離子的聚集，以增強離子輸運效率。2、採用流體動力學原理設計和微機電加工技術製造的輔助氣體通道形成空間氣流束，對樣品離子起到拖拽作用，從而達到約束樣品離子束庫倫擴展效果。3、新型三維微加工工藝與集成製造技術研究，包括矽基聚合物集成工藝，非平面光刻膠工藝，反應電漿矽深刻蝕工藝，實現離子聚集電極、電離電極和輔助氣體流通道的微系統集成。
結題摘要
大氣壓環境下電噴霧電離源主要套用於分析生物大分子化合物，液態蛋白質或多肽經過電噴霧電離，在大氣壓環境下氣態離子化後進入生物質譜進行分子質量測定。近年來，隨著人類基因組計畫的實施和蛋白質組學的研究開展，電噴霧電離質譜為這一生命科學領域提供了一種必不可少的分析測試手段。目前的研究方向主要集中在進步提高大氣壓環境下電噴霧電流源的離子輸運效率。本項目重點研究大氣壓環境下電噴霧電離過程中離子輸運性能，採用微納加工技術建立了具有高輸運效率的納升電噴霧電離（ESI）源系統。項目研究成果包括：1、研製出一種基於矽基MEMS工藝非平面SU-8光刻膠材料的三維結構新型MEMS電噴霧聚集電極。基於電動力學原理設計製造了新型三維結構MEMS電噴霧靜電聚集透鏡電極，可實現對大氣壓環境下電噴霧氣態離子的聚集，提高電噴霧離子輸運效率約10倍。發表SCI和EI論文各一篇並申請發明專利一項。2、對電噴霧納米液滴蒸發行為的分子動力學模擬。發現納米液滴表面是一個不斷起伏、連續變化的氣液共存區域；液滴在氮氣環境下分裂行為劇烈，直到液滴帶電量低於瑞利極限進入穩態。發表SCI論文一篇。3、研製出一種新型聚合物PDMS空氣放大器離子聚集器件。基於氣體動力學原理設計和矽基MEMS技術加工的PDMS納升電噴霧空氣放大器，能夠產生同軸高速匯聚氣流束，對電噴霧樣品離子起到拖拽約束作用，在最佳化後的電噴霧實驗條件下可使電噴霧離子電流信號增加30倍。發表SCI論文一篇並申請發明專利二項。4、矽基MEMS微噴針陣列加工關鍵技術研究。採用矽基MEMS技術製造的微噴針內徑10-20μm，樣品流量∽10 μL/min，噴霧的液滴體積減小，能有效提高樣品離子化效率。發表SCI論文一篇並申請發明專利一項。5、矽基MEMES皮升電噴霧電離器件關鍵工藝技術研究。採用矽基MEMES工藝和納米壓印技術在聚合物材料上形成高精度兩維納米毛細通道陣列，毛細通道截面100x100納米，可用於高通量和高靈敏度的皮升電噴霧電離。發表SCI論文三篇並申請發明專利一項。6、大氣壓下氣流場和電磁場耦合輔助聚集電噴霧離子的理論和實驗研究。基於氣動力學和電動力學多場耦合作用原理，設計製造了一種新型氣電耦合空氣放大器，電噴霧離子同時被氣流場電磁場約束聚集。質譜探測實驗結果表明，這種新型氣電耦合空氣放大器的離子輸運效率提高了13倍。
