检索结果-内蒙古大学图书馆

电子世界 2017年第8期 185-186,189页

作者：吕莹桂林电子科技大学电子工程与自动化学院

微流控生物芯片主要应用领域是对稳定性和安全性要求很高的生化实验,为保证实验结果的准确与可靠,避免由于芯片故障对实验结果造成的影响,需要对芯片进行检测。文中提出一种基于优化粒子群算法的芯片测试路径优化方案。通过非线性调整... 详细信息

微流控生物芯片主要应用领域是对稳定性和安全性要求很高的生化实验,为保证实验结果的准确与可靠,避免由于芯片故障对实验结果造成的影响,需要对芯片进行检测。文中提出一种基于优化粒子群算法的芯片测试路径优化方案。通过非线性调整粒子群算法惯性权值,促进算法快速收敛,避免陷入局部最优,寻找最短测试路径,从而缩短测时间。仿真实验结果表明,该方案完成了对芯片的测试,缩短了测试路径,提高测试效率。

关键词：数字微流控芯片路径优化粒子群算法

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基于介电润湿效应的微液滴操控

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压电与声光 2013年第4期35卷 604-608页

作者：凌明祥陈立国中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900 苏州大学机器人与微系统研究中心江苏苏州215000

基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进。结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数... 详细信息

基于介电润湿的微液滴操控已被众多学者实现,但微液滴接触角在饱和阶段随电压变化的数学关系仍未得到较好解决,为此,基于能量最小化原理对Young-Lippmann方程进行了补充和改进。结合理论计算和数值仿真设计了一种叉齿状驱动电极单元数字微流控芯片,并加工出介电层分别为SiO2及SiO2-Si3N4-SiO2两种结构的芯片。实验结果表明,在接触角饱和阶段,所改进的Young-Lippmann方程能在一定程度上反映微液滴接触角的变化趋势。此外,SiO2-Si3N4-SiO2复合介电层结构中的微液滴操控电压低于SiO2单一介电层中微液滴操控电压。

关键词：介电润湿微液滴数字微流控芯片 Young-Lippmann方程

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基于介电润湿的数字微流控系统中液滴运动性能研究

基于介电润湿的数字微流控系统中液滴运动性能研究

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作者：常银霞河北工业大学

学位级别：博士

作为一种新兴技术，数字微流控凭借试剂用量小、可配置、可并行处理和易实现自动化等优势在生物、医药、化学和检测等领域展现出良好的应用前景。本文通过理论分析、建模仿真、实验验证和模型改进四个步骤，探讨了在基于介电润湿的封闭... 详细信息

作为一种新兴技术，数字微流控凭借试剂用量小、可配置、可并行处理和易实现自动化等优势在生物、医药、化学和检测等领域展现出良好的应用前景。本文通过理论分析、建模仿真、实验验证和模型改进四个步骤，探讨了在基于介电润湿的封闭式数字微流控系统的基本性能和液滴的运动特性。论文的主要内容包括： 1）研究了介电润湿的基础理论，对液滴的运动过程进行了受力分析； 2）为系统建立流体力学的数学模型，通过二维仿真研究了电场的分布情况、介质层厚度的影响和接触角随驱动电压的变化等系统基本特性； 3）建立三维模型，分析了液滴移动和分裂过程中接触角的变化、液滴的压强和速度、液滴的拉伸情况，讨论了电极形状、电极尺寸和上下极板间隙对液滴动态过程的影响； 4）搭建了系统平台对系统的基本性能和动态性能进行验证，包括接触角的变化、介质层厚度的影响、疏水层的影响、接触角的滞后、阈值电压、液滴运动速度、液滴运动的可重复性和介质层的击穿现象等。然后验证了介质层厚度、不同电极形状和不同液滴半径对运动的影响。 5）根据实验数据求出了接触线摩擦系数和极板剪切阻力的系数，并将改进后模型的预测值和实验数据进行对比。本文的主要创新点包括： 1）在对液滴运动进行受力分析的基础上推导了液滴运动的最优体积，得出在理想状态下，当液滴半径r与方形电极的边长L之间满足r≤2L时，液滴所受到的驱动力随半径r增加而变大；当r>2L时，液滴所受到的驱动力保持不变。因为随着液滴半径的增长，液滴之间的互相干扰会增加，不容易准确控制，因此当r=2L，液滴的驱动效果最好。 2）据作者所查文献，目前已见采用VOD方法进行仿真，采用水平集方法对开放式系统的仿真，采用水平集方法的二维模型对接触角变化的仿真，未见采用水平集方法对液滴运动和分裂过程的研究报道。本文采用有限元仿真软件、水平集动态界面追踪方法，以Navier-Stoke方程为基本模型对基于介电润湿的封闭式数字微流控系统进行了仿真，研究了系统的静态和动态特性。 3）通过三维模型的仿真，讨论了电极形状和上下极板间隙对液滴运动的影响，得出结论：与方形电极相比，叉指型电极可以降低液滴运动的阈值电压，但对液滴运动的平均速度无明显影响；液滴分裂时，液滴体积越小分裂速度越快；当体积固定时，在液滴直径R与上下极板间隙h比例大约为6-17的范围内，电极尺寸越大，上下板间隙约小越容易分裂，小于此比值范围会分裂失败，大于此比值范围会出现细碎液滴，影响分裂效果。 4）根据实验数据改进模型，将接触线摩擦力和上下极板的剪切阻力考虑在内，利用两组实验结果求出相应的摩擦系数，使仿真结果与实验数据更吻合。 5）采用激光雕刻PCB板作为下极板的电极阵列，线间间距可以精确到50μm左右，用ITO导电玻璃作为上极板的导电层，上下极板上沉积一层最薄为0.5μm的派瑞林作为介质层和疏水层，该方式制作芯片相对于无尘室的芯片加工，大大降低了实验成本，同时又明显改善了常规PCB制版方式的精度，降低了驱动电压，对低成本高精度的实验芯片进行了探索。

关键词：数字微流控芯片介电润湿微液滴动态模型接触角激光雕刻

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基于介电湿润效应的微液滴驱动机理与操作方法研究

基于介电湿润效应的微液滴驱动机理与操作方法研究

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作者：许晓威苏州大学

学位级别：博士

基于介电湿润效应的数字微流控技术是近年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术，该技术可实现液滴的分配、液滴的分离与合并、液滴的输运四项基本操控，具有试剂消耗量少、试剂分析耗时短、设备体积小等特点... 详细信息

基于介电湿润效应的数字微流控技术是近年来出现的一种能够在平面上操控体积为微升、纳升级别液滴的新技术，该技术可实现液滴的分配、液滴的分离与合并、液滴的输运四项基本操控，具有试剂消耗量少、试剂分析耗时短、设备体积小等特点，因此在生物、化学、光学透镜等领域得到了非常广泛的应用。本文针对目前微量液滴操作的迫切需求，从介电湿润驱动机理分析入手，开展微量液滴驱动理论研究，通过建立模型与数值仿真分析液滴受力、分析实现低电压驱动微流控芯片的实现方法，最后通过实验分别验证了低电压驱动芯片降低驱动电压的效果及基于液滴位置检测系统保证液滴连续运动的效果。首先，介绍电毛细管现象、电湿润现象和介电湿润的原理；然后研究固液接触面表面束缚电荷作用机理。利用仿真软件COMSOLMultiphysics4.3对“介电湿润芯片—液滴”系统中的电场，压力场和流场进行了数值仿真，数值仿真结果表明电场形成后在固液接触面上的正负离子、分子相互吸引产生静电力，使液滴表面张力发生改变，液滴左右两侧不对称的张力改变使液滴内部产生流体静力学压力，液滴在流体静力学压力的作用下产生运动。运用“三自由体表示”法描述了液滴从静止到实现运动的过程。其次，根据能量最小化原理针对液滴在一个运动周期中不同阶段的受力进行了推导，通过数值仿真得到了一个运动周期中不同阶段的受力情况，仿真结果表明驱动电极在垂直于液滴运动方向上的长度越大液滴所受到的介电驱动力也就越大，该仿真结果有助于对介电湿润芯片进行优化。然后采用不同参数对液滴的受力进行仿真，并行了对比分析，发现提高驱动电压能获得较大的介电驱动力。并根据液滴所受驱动力与阻力建立了液滴的动能方程，数值仿真了液滴所受各个阻力，得到液滴所受介电驱动力相同情况下可以通过降低三相接触线摩擦力和极板剪切力的方法对介电湿润芯片进行优化设计。然后，以降低介电湿润芯片驱动电压为目的，对芯片进行了优化设计，设计了悬空零电极结构的介电湿润芯片，数值仿真结果表明悬空零电极结构能降低液滴运动时受到的三相接触线摩擦力和极板剪切力。对比传统的方形和叉齿形驱动电极，设计了半月形驱动电极，数值仿真结果表明三种驱动电极结构（四种布局）中半月形的驱动电极上液滴的受力达到最大值时所需时间最短，而且液滴在被成功驱动前，同一驱动电压下的液滴发生局部运动的部分较大，因此，半月形驱动电极的介电湿润芯片不但能以较低的驱动电压驱动液滴，而且同等大小的驱动电压下液滴的运动速度最大。然后根据液滴分离的原理分析了不同电极形状及布局对液滴分离的影响，得到相对布局的半月形驱动电极有利于液滴的分离。最后，悬空零电极结构的介电湿润芯片实验结果表明悬空零电极的结构设计能提高液滴运动速度，能相对降低芯片驱动电压。对比传统的方形和叉齿形驱动电极实验结果表明本文设计的半月形驱动电极具有降低芯片驱动电压的效果，同时液滴运动的连续性得到了提高。相对于方形和叉齿形驱动电极，实验结果表明相对布局的半月形驱动电极分离液滴的效率最高，液滴分离时的驱动电压最低。根据检测“介电湿润芯片—液滴”系统等效电容的办法对液滴的位置进行实时检测，实验结果表明当液滴运动发生中断时能够对液滴的位置进行实时反馈，保证了液滴的连续运动。本课题涉及多学科交叉研究与应用，文中所使用的理论、方法及得到的结论对进一步深入研究和设计基于介电湿润效应的数字微流控芯片具有一定的启发和指导意义。

关键词：数字微流控芯片介电湿润微液滴悬空零电极半月形驱动电极

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基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片

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微纳电子技术 2014年第1期51卷 42-47页

作者：王心怡李美花闫卫平唐祯安大连理工大学电子科学与技术学院辽宁大连116024

根据介电润湿(EWOD)原理,建立了电润湿力与驱动电压的关系,提出一种基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片设计方案。该芯片利用MEMS技术在铬版玻璃上分别制作出金属微电极阵列和聚酰亚胺介质膜,再使用聚四氟乙烯分散液进行疏水处理,... 详细信息

根据介电润湿(EWOD)原理,建立了电润湿力与驱动电压的关系,提出一种基于聚酰亚胺介质的单平面微液滴驱动芯片设计方案。该芯片利用MEMS技术在铬版玻璃上分别制作出金属微电极阵列和聚酰亚胺介质膜,再使用聚四氟乙烯分散液进行疏水处理,通过在电极阵列和微液滴之间直接施加电压以实现微液滴的驱动。对单平面微液滴驱动芯片的液滴介电润湿效应进行了仿真分析,结果表明仅使用疏水层便可观察到明显的介电润湿现象,接触角测量值与理论值吻合较好。使用该驱动芯片成功实现了微液滴的稳定传输,传输速度达到3.31 mm/s左右,并在实验基础上分析了传输速度与驱动电压幅值和频率的关系。

关键词：介电润湿(EWOD) 数字微流控芯片微液滴聚酰亚胺(PI) 聚偏氟乙烯和三氟乙烯的二元共聚物

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介电润湿法微液滴驱动芯片及其控制系统设计

介电润湿法微液滴驱动芯片及其控制系统设计

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作者：王心怡大连理工大学

学位级别：硕士

数字微流控芯片通过对微液滴的独立操控,实现样品的反应、分析及检测,已成为生化分析领域中继沟道式微流控芯片之后又一个充满潜力的发展方向。介电润湿技术以其灵活的控制方式、简单的芯片结构和全面的微液滴操控功能,在诸多微流体驱... 详细信息

数字微流控芯片通过对微液滴的独立操控,实现样品的反应、分析及检测,已成为生化分析领域中继沟道式微流控芯片之后又一个充满潜力的发展方向。介电润湿技术以其灵活的控制方式、简单的芯片结构和全面的微液滴操控功能,在诸多微流体驱动和控制技术中占据重要的位置。本文基于介电润湿效应,开展了微液滴驱动芯片及其控制系统的设计。首先,在介电润湿理论基础上,利用ANSYS软件建立了微液滴驱动芯片的结构模型,分析了交流电压和脉冲电压下介电层内部势场分布及其对微液滴的影响,确定了驱动电压类型,并为介质层和疏水层的制备提供了理论依据。在此基础上,对驱动芯片疏水层和介质层的选择及制备工艺进行了研究。选用PTFE氟聚物制备了厚度均匀的疏水层,其与去离子水滴间的接触角达到114.9°,具有良好的疏水性能。分别选用P(VDF-TrFE)和PI(聚酰亚胺)制备了有机聚合物介质层,通过其介电润湿效应的测试对比,选择接触角变化范围大且耐击穿特性好的PI制备介质层。然后采用MEMS工艺,制作了不同形状和尺寸的微液滴驱动芯片。最后完成了基于FPGA的芯片控制电路的设计,实现了频率和占空比可调的方波电压信号输出,以及多路阵列驱动电极的时序切换。微液滴的驱动实验结果表明：在单极板结构芯片上,可实现微液滴的稳定输运,并得到了输运速度与驱动电压的关系；在双极板结构芯片上,成功实现了纳升级去离子水液滴的生成、输运及合并控制。

关键词：介电润湿(EWOD) 数字微流控芯片微液滴聚酰亚胺 P(VDF-TrFE)

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库仑力驱动的液滴数字传输芯片研究

库仑力驱动的液滴数字传输芯片研究

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作者：皋华敏中国科学院上海微系统与信息技术研究所

学位级别：硕士

通过操控液滴方法实现的数字微流控芯片，由于没有可动部件、不需要微管道结构、控制简单、溶液利用率高、兼容性好等优点，得到了国际上的广泛关注。本论文设计、制作并测试了基于库仑力驱动的数字液滴传输芯片。\n 论文首先介绍了... 详细信息

通过操控液滴方法实现的数字微流控芯片，由于没有可动部件、不需要微管道结构、控制简单、溶液利用率高、兼容性好等优点，得到了国际上的广泛关注。本论文设计、制作并测试了基于库仑力驱动的数字液滴传输芯片。\n 论文首先介绍了目前数字微流控芯片的各种驱动方式，分析了各自的驱动原理，比较了其优缺点。在此基础上，对库仑力驱动的数字液滴传输芯片研究状况和目前存在的问题进行了分析。用数值模拟的方法，系统分析了极板间距、膜层材料和驱动电压等对库仑力驱动的影响。在理论分析的基础上，以实现灵活的两维驱动和降低驱动电压为目标，设计了正方形阵列横向结构和多种纵向结构的芯片。\n 其次，对不同结构芯片的工艺流程分别进行了详细的说明，分析并解决了流片过程中的关键工艺问题。系统研究了疏水膜层的制备条件和性能，优化了多孔氧化铝膜的制备参数，解决了其氧化均匀性问题。成功制备了不同介质层厚度和具有超疏水膜层的数字微流控芯片。\n 再次，搭建了芯片的测试平台，自行研制了驱动控制电路，测试了制备的数字微流控芯片。最后，分析并阐述了降低驱动电压的方法，通过采用介电常数较大的SiN介质层，减薄介质层厚度，极大的降低了驱动电压，同时成功实现了灵活的两维驱动。在15V和13.5V的驱动电压下，分别在空气和硅油中实现了对去离子水液滴的流畅驱动。首次将多孔氧化铝超疏水膜层应用于微流体芯片制作，并且成功实现了对去离子水液滴的驱动。

关键词：数字微流控芯片库仑力驱动液滴数字传输芯片铝阳极氧化超疏水膜

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基于介电润湿效应的微液滴操控研究

基于介电润湿效应的微液滴操控研究

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作者：凌明祥哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

基于介电润湿（Electrowetting on Dielectric,简称EWOD）的数字微流控芯片具有结构和控制简单,灵敏度和通量高,样品用量小,检测时间短以及自动化和集成化程度高等优点,在细胞操纵、临床检测、DNA分析以及食物和环境监测等生物、医学和... 详细信息

基于介电润湿（Electrowetting on Dielectric,简称EWOD）的数字微流控芯片具有结构和控制简单,灵敏度和通量高,样品用量小,检测时间短以及自动化和集成化程度高等优点,在细胞操纵、临床检测、DNA分析以及食物和环境监测等生物、医学和化学领域表现出巨大优势并得到了广泛应用。可以预见,随着MEMS技术的发展,数字微流控技术将发展成为当今世界的前沿科技之一。针对目前所研制的数字微流控芯片功能单一以及微液滴操控灵活性差的不足,本文在研究介电润湿操控微液滴机理的基础上,设计了一种混合结构数字微流控芯片,结合数值仿真和MEMS工艺成功研制出芯片;并设计了外围控制电路,对微液滴进行了操控实验研究。首先,对微尺度下的微液滴进行受力分析,研究了各种改变表面张力的方法并选择EWOD进行微液滴操控。建立EWOD模型对其原理进行了研究,并利用能量最小化原理对控制微液滴接触角变化的Young-Lippmann方程进行了改进;在EWOD原理基础上,建立了微液滴生成、输运、分离及合并操控模型。其次,设计了混合结构数字微流控芯片,并推导出单双极板区驱动电极单元尺寸匹配数学关系。建立电动力模型,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对芯片中零电极和驱动电极单元的布局和参数进行了仿真优化,得到了一系列用于指导芯片设计的结论;并基于所建立的电动力仿真模型研究了介电润湿的内在机理问题。另外,对所设计的数字微流控芯片进行了电场、流场和温度场耦合仿真,得出微液滴的运动规律,并分析了介电层厚度对流速和温度的影响。基于理论计算和数值仿真,结合MEMS工艺制定出一套加工数字微流控芯片的工艺流程,将Si3N4和SiO2相结合研制出复合介电层结构芯片。针对微液滴操控的特殊性,采用单片机驱动控制光耦开关设计出微液滴操控电路及操控程序。最后,建立实验平台,对微液滴进行操控实验研究。在不同电压下,通过测量四种介电层结构中去离子水微液滴的动态接触角及其滞后量,验证了本文改进的Young-Lippmann的正确性,并得出最佳介电层组合为Si3N4-SiO2和SiO2-Si3N4-SiO2层状复合结构。在此基础上,比较了外加电压、开关切换频率以及微液滴体积等因素对微液滴操控的影响;在30-50V电压之间成功实现了对去离子水微液滴的输运、合并及并行操控,通过实验验证了基于EWOD操控微液滴的可行性。本课题涉及多学科交叉研究与应用,文中所使用的理论、方法和得出的结论对进一步深入研究和设计数字微流控芯片具有一定的启发和借鉴意义。

关键词：微液滴数字微流控芯片介电润湿数值仿真 MEMS工艺

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基于数字微流控技术的上呼吸道易感病毒多靶标快速检测方法的建立

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热带医学杂志 2022年第11期22卷 1487-1492页

作者：李伟刚蒋晓霞汪海波王敏周傲白雪罗达圣陈天蓝董铖拱北海关技术中心广东珠海519015 珠海国际旅行卫生保健中心(拱北海关口岸门诊部) 广东珠海519020 珠海市迪奇孚瑞生物科技有限公司广东珠海519099 广州南沙资讯科技园博士后科研工作站广东广州511458 暨南大学智能科学与工程学院广东珠海519070

目的建立一种基于数字微流控RT-qPCR芯片技术的上呼吸道易感病毒多靶标快速检测方法。方法根据新型冠状病毒(2019-nCOV)、甲型流感病毒(FluA)、乙型流感病毒(FluB)、冠状病毒(SARS-CoV)、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)的保守区域,... 详细信息

目的建立一种基于数字微流控RT-qPCR芯片技术的上呼吸道易感病毒多靶标快速检测方法。方法根据新型冠状病毒(2019-nCOV)、甲型流感病毒(FluA)、乙型流感病毒(FluB)、冠状病毒(SARS-CoV)、中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)的保守区域,设计特异性引物和检测探针,通过将引物和探针预存到数字微流控芯片中,建立检测上述5种上呼吸道病毒的数字微流控RT-qPCR芯片检测技术;评价预存了引物的数字微流控RT-qPCR芯片的检测下限和特异性;使用20例临床样本以PCR仪检测结果作为对照组评价数字微流控RT-qPCR芯片的检测性能。结果建立的2019-nCOV、FluA、FluB、SARS-CoV、MERS-CoV的数字微流控RT-qPCR芯片检测下限为12拷贝/反应,而未使用数字微流控的RT-qPCR法检测下限为15拷贝/反应,两个方法的检测下限基本一致。对于临床样本提取的核酸样品,数字微流控RT-qPCR芯片检测结果均是阴性无非特异性扩增。同时使用RT-qPCR法和数字微流控RT-qPCR芯片法对20例临床样本分别进行5个项目的临床对比测试,共100个测试,结果显示为数字微流控RT-qPCR芯片灵敏度达94%,特异性为100%。使用SPSS对两个方法进行一致性分析,结果显示为两个方法具有高度的一致性(Kappa=0.962,P<0.05)。结论基于数字微流控RT-qPCR芯片技术建立了上呼吸道易感病毒多靶标快速检测方法,为临床早期鉴别呼吸道病原体提供了新的检测手段。

关键词：数字微流控芯片 RT-qPCR 快速多项目检测上呼吸道病毒

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做全球“生物造芯第一人”

做全球“生物造芯第一人”

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佛山日报

作者：陆佩兰吕含

如今，半导体技术在消费电子领域的应用已十分普遍。笔记本电脑、手机、液晶电视等平板显示电子产品，就应用了含“科”量极高的薄膜电子半导体技术。佛山奥素博新科技有限公司（以下简称“奥素科技”）却另辟蹊径，将基于薄膜电子工艺... 详细信息

如今，半导体技术在消费电子领域的应用已十分普遍。笔记本电脑、手机、液晶电视等平板显示电子产品，就应用了含“科”量极高的薄膜电子半导体技术。佛山奥素博新科技有限公司（以下简称“奥素科技”）却另辟蹊径，将基于薄膜电子工艺的半导体技术用于生命科学领域，研发生......

关键词：数字微流控芯片生命科学佛山南海生物芯片半导体技术第一人

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