基於超聲駐波的微流控篩選晶片及其製備方法
2023-05-29 04:10:16
專利名稱：基於超聲駐波的微流控篩選晶片及其製備方法
專利說明本發明屬於微全分析系統領域。特別涉及一種超聲篩選微流控晶片及其製備方 法。
背景技術：
微流控晶片技術起源於20世紀90年代，最初應用於分析化學領域，它以微通道為結 構特徵，以生命科學為主要研究對象，通過微機電加工工藝(MEMS)，將整個實驗室的功能包 括樣片預處理、反應、分離、檢測等集成在微晶片上，使分析速度得到極大提高，具有集成度 高，試劑消耗少，製作成本低，分析效率高等特點，具有極為廣泛的適用性和應用前景，是當 前微全分析系統研究的重點。對於粒徑小於聲波波長的流體中的粒子，超聲駐波能對其進行有效的免接 觸式的操控。並且由於聲學檢測和操作方法對活體生物樣本的無損性，使其成為在微流系 統中研究的新熱點。目前，在微流控系統中，一般通過溼法刻蝕的方法，在矽片等硬質材料 上刻蝕出微網絡結構，用脈衝雷射器在矽片上鑽孔，再通過陽極鍵合的方式將玻璃鍵合到 刻蝕由微結構的矽片上形成聲波晶片。這種聲波晶片密閉性較好，但它要用到價值數百萬 的陽極鍵合設備，提高了製備成本。而且在矽片上鑽孔有一定的難度。此外，一旦鍵合完後 晶片不能拆卸，使用時間長了會降低晶片的作用效率。
發明內容
本發明的目的就是針對上述現有技術的狀況提供一種製備過程簡單、製作成本低 且易清洗的基於超聲駐波的微流控篩選晶片及其製備方法。實現本發明採用的技術方案是
1、基於超聲駐波的微流控篩選晶片由載玻片、帶有駐波反應腔的矽片、壓電陶瓷通過 夾具連成一體所構成，並且
1)所述的帶有駐波反應腔的矽片，其上的駐波反應腔由深度反應離子刻蝕(DRIE)法在 矽片上形成的駐波反應溝道及其進、出樣孔口所構成；
2)所述的載玻片覆蓋在矽片上，其對應矽片上駐波反應腔進、出樣孔口的位置處對應 開有進、出樣孔口，且孔壁和孔口周圍鍵合有一層有機高分子材料；
3)所述的壓電陶瓷耦合在矽片底部，其上、下兩面均設有信號連接導線；
4)所述的夾具由螺栓連接的上、下夾板所構成；其上夾板覆蓋在載玻片上，
且其對應載玻片上進、出樣孔口的位置處開有對應的孔口 ；其下夾板置於矽片的底部 且其對應耦合在矽片底部的壓電陶瓷的位置處開有對應的孔口。作為上述方案的優選條件
1)所述的有機高分子材料為聚二甲基矽氧烷(PDMS)。2)所述的夾板材料為有機玻璃。3)所述的壓電陶瓷通過環氧樹脂耦合在矽片底部。2、基於超聲駐波的微流控篩選晶片的製備方法由下述步驟所構成1)利用深度反應離子刻蝕(DRIE)法在矽片上部製備所需的駐波反應溝 道及其進、出樣孔口 ；
2)在壓電陶 瓷的正、反兩面分別引出信號連接導線後將壓電陶瓷耦合在矽片底部；
3)在載玻片上與矽片上部駐波反應腔的進、出樣孔口對應的位置處打孔，
然後在其孔位上鍵合一層有機高分子材料，再在其有機高分子材料上對應打出孔位；
4)在夾具的上夾板上對應載玻片上進、出樣孔口的位置處開出便於有機高
分子材料在載玻片上形成的進、出樣孔柱伸出上夾板的孔位，並在夾具的下夾板上對 應鍵合在矽片底部的壓電陶瓷位置處開出供壓電陶瓷免受螺栓連接壓力的孔位；
5)將載玻片上的進、出樣孔位與矽片上駐波反應腔中的進、出樣孔口對準，
將夾具的上夾板上的孔位對準載玻片上的孔位，將夾具的下夾板上的孔位對準壓電陶 瓷，然後利用夾具螺栓將上、下夾板連接並上緊。作為上述方案的優選方式，所述壓電陶瓷正、反兩面引出的信號連接導線為導電 膠引出的導線。本發明超聲駐波的來源來自耦合在矽片底部的壓電陶瓷，其工作頻率由自身性質 決定。調節輸入信號的強度和頻率，可以實現對細胞等生物活體樣品的分離。本發明採用的方法與現有方法相比，具有如下的優點此裝置加工簡易，無需再 在矽片上鑽孔；成本低，製作過程中不需要價格昂貴的陽極鍵合設備；超聲駐波場的產生 和調節可控；晶片易清洗，反覆使用不影響效率。利用本發明能夠很容易地實現對細胞等生 物活體樣品的分離、捕獲和操縱。據此，本發明可廣泛應用於生命科學、藥物科學和醫學等 領域。
圖1是本發明的整體結構示意圖。圖2是本發明載玻片、矽片、壓電陶瓷的相對位置示意圖。圖3是本發明中夾具的結構示意圖。圖4是現有技術(用陽極鍵合載玻片與矽片形成超聲篩選晶片)的應用效果圖。圖5是本發明的應用效果圖。附圖中1——夾具下層，2——壓電陶瓷片，3——環氧樹脂層，
4——矽片，5——載玻片，6——高分子有機材料層，7——夾具上夾板，8——駐波反應 溝道，9——進樣口，10——出樣口(樣品收集口)，11—螺栓，12——高分子有機材料層上 的孔位，13——夾具下夾板上的螺栓孔，14——夾具上夾板上的螺栓孔，15——夾具上夾板 上的開孔，16——夾具下夾板上的開孔。
具體實施例方式
下面結合附圖所示實施例對本發明的具體實施方式
作進一步的介紹 一、製備本發明的產品
1、採用深度反應離子刻蝕(DRIE)法在矽片(4)內製備駐波反應溝道(8)及樣品進出樣 孔口(9) (10)。2、在壓電陶瓷(2)的正反兩面分別用導電膠引出銅導線，用環氧樹脂(3)將壓電 陶瓷耦合在矽片下方。3、在載玻片上相應進、出樣孔口處(12)用金剛石鑽頭打孔，然後在孔位上鍵合一層聚二甲基矽氧烷PDMS (6)，再在PDMS上用打孔器沿對應的玻璃孔洞上打孔。4、夾具選 用螺栓連接的上、下兩層有機玻璃板。在其上層有機玻璃板上對 應載玻片上進、出樣孔口的位置處開出便於聚二甲基矽氧烷PDMS材料在載玻片上形
成的進、出樣孔柱伸出上層有機玻璃板的孔位。在其下層有機玻璃板上對應鍵合在矽片下 方的壓電陶瓷位置處開出供壓電陶瓷免受螺栓連接壓力的孔位；
5、將載玻片上的進、出樣孔位與矽片上駐波反應腔中的進、出樣孔口對準， 將夾具的上層有機玻璃板上的孔位對準載玻片上的孔位，將夾具的下層有機玻璃上的 孔位對準壓電陶瓷，然後利用夾具螺栓將上、下夾板連接並上緊，即得到駐波篩選微流控芯 片。二、本發明產品與現有技術產品的效果對比
附圖4是用陽極鍵合製作的超聲篩選微流控晶片(現有技術產品)的應用效果圖。 由圖4可見血紅細胞從原本在溝道兩側的受汙染血漿中被聚集在中間乾淨的血漿，並於中 間出口處被收集，而受汙染的血漿從兩側的通道流出。附圖5是本發明的應用效果圖。圖中酵母菌在聲場作用下從靠近溝道側壁處被 聚集在溝道中心成一字形向前流動。從附圖4和附圖5可以看出，本發明在實際使用中，與現有技術產品具有相同的效^ ο
權利要求
一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片，其特徵在於由載玻片、帶有駐波反應腔的矽片、壓電陶瓷通過夾具連成一體所構成，並且1)所述的帶有駐波反應腔的矽片，其上的駐波反應腔由深度反應離子刻蝕(DRIE)法在矽片上形成的駐波反應溝道及其進、出樣孔口所構成；2)所述的載玻片覆蓋在矽片上，其對應矽片上駐波反應腔進、出樣孔口的位置處對應開有進、出樣孔口，且孔壁和孔口周圍鍵合有一層有機高分子材料；3)所述的壓電陶瓷耦合在矽片底部，其上、下兩面均設有信號連接導線；4)所述的夾具由螺栓連接的上、下夾板所構成；其上夾板覆蓋在載玻片上，且其對應載玻片上進、出樣孔口的位置處開有對應的孔口；其下夾板置於矽片的底部且其對應耦合在矽片底部的壓電陶瓷的位置處開有對應的孔口。
2.根據權利要求1所述的一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片，其特徵在於所述的壓電陶瓷通過環氧樹脂耦合在矽片底部。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片，其特徵在於所 述的有機高分子材料為聚二甲基矽氧烷(PDMS)。
4.根據權利要求1或2所述的一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片，其特徵在於所 述的夾板材料為有機玻璃。
5.一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片的製備方法，其特徵在於由下述步驟所構成1)利用深度反應離子刻蝕(DRIE)法在矽片上部製備所需的駐波反應溝道及其進、出 樣孔口 ；2)在壓電陶瓷的正、反兩面分別引出信號連接導線後將壓電陶瓷耦合在矽片底部；3)在載玻片上與矽片上部駐波反應腔的進、出樣孔口對應的位置處打孔，然後在其孔 位上鍵合一層有機高分子材料，再在其有機高分子材料上對應打出孔位；4)在夾具的上夾板上對應載玻片上進、出樣孔口的位置處開出便於有機高分子材料在 載玻片上形成的進、出樣孔柱伸出上夾板的孔位，並在夾具的下夾板上對應耦合在矽片底 部的壓電陶瓷位置處開出供壓電陶瓷免受螺栓連接壓力的孔位；5)將載玻片上的進、出樣孔位與矽片上駐波反應腔中的進、出樣孔口對準，將夾具的上 夾板上的孔位對準載玻片上的孔位，將夾具的下夾板上的孔位對準壓電陶瓷，然後利用夾 具螺栓將上、下夾板連接並上緊。
6.根據權利要求4所述的一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片的製備方法，其特徵在 於所述壓電陶瓷正、反兩面引出的信號連接導線為導電膠引出的導線。
全文摘要
本發明公開了一種基於超聲駐波的微流控篩選晶片及其製備方法。其產品由載玻片、帶有駐波反應腔的矽片、壓電陶瓷和夾具所構成。矽片上的駐波反應腔由深度反應離子刻蝕法在矽片上形成的駐波反應溝道及其進、出樣孔口所構成。載玻片覆蓋在矽片上，其與矽片上駐波反應腔進、出樣孔口對應的位置處開有對應的進、出樣孔口，並在其孔壁和孔口周圍鍵合有一層有機高分子材料。壓電陶瓷耦合在矽片底部，並在其正反面分別引出導線。夾具由螺栓連接的上、下夾板所構成，其可將載玻片和矽片緊緊連成一體。本發明製作過程簡單，成本低廉，具有很高的可控性和可操作性，易於拆卸和清洗，容易實現對細胞等生物活體樣品的分離、捕獲和操縱。
文檔編號G01N1/28GK101966473SQ201010519669
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月26日 優先權日2010年10月26日
發明者國世上, 李思晢, 趙興中, 鄧宇亮 申請人:武漢大學