陣列式多腔壓電驅動微混合器的製作方法

2023-05-15 20:56:06 1

專利名稱：陣列式多腔壓電驅動微混合器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微電子技術領域的器件，特別是一種陣列式多腔壓電驅動微混合器。
背景技術：
目前，微混合器件可分為通道式混合器和微腔混合器，通道式混合器通過構造特殊的微流體通道來使不同試劑流的擴散效應變得更為顯著，從而實現試劑的混合；而微腔混合器，由一個或多個製作在基片上的密閉微腔和驅動部件構成，通過驅動部件在外部施加機械運動引起震蕩，從而促進微腔內不同試劑的混合。在微流體系統中，由於通道長度和孔徑小，雷諾數較小，流體在通道式混合器中實現均勻混合難度較高，耗時較長。而利用微腔混合器則不僅可以縮短混合時間，還可以使混合進行的更加徹底完全，對於利用混合來實現微反應的混合反應體系尤其有利。當前在微升容量的微型混合器研究中，主要通過氣動、電場來進行驅動，促進腔內試劑擴散流動，實現混合，這種方式下，由於混合在微小腔室內進行，擴散主要依靠外力被動完成，時間較長，況且，氣動與電場驅動本身的輔助設備複雜，體積龐大，操控繁複，因此，不利於諸如疾疫和環境現場監控的便攜低功耗要求。此外，單腔混合器混合效率低，無法對多種試劑實現同步並行混合，因此多腔混合器在實際應用中研究較為廣泛成為主流。
經對現有技術的文獻檢索發現Todd Thorsen等人於2002年在《SCIENCE》(《科學》第298卷，2002年10月18日)上發表了「Microfluidic Large-ScaleIntegration」(「微流器件的大規模集成」)，該文中提到了基於矽橡膠製作的集成化的大規模微混合陣列和邏輯氣動驅動陣列，該器件的核心部分在於微混合陣列，微混合陣列由多個微混合腔單元組成，微混合腔在外部氣動通道邏輯震蕩驅動下，實現對腔體內不同試劑的混合；該文的混合系統由於需要藉助外部氣動通道的驅動，因此附加控制設備非常複雜，氣動本身的頻率還受到閥體和氣體性質的制約，因此不利於高效率低功耗的應用，而輔助設備的龐大體積更使其無法應用於便攜裝置中，另外，器件需要應用有彈性的矽橡膠製作，由於此材料本身對於許多生物試劑有吸附效應，需要對流體通道和微腔進行特別的表面修飾或者改性，增加了實際應用的複雜度。

發明內容
本發明針對現有技術中的不足和缺陷，提供一種陣列式多腔壓電驅動微混合器，使其克服了已有技術中通過氣動對於混合微腔進行驅動的速度低下，而靜電驅動又導致製造複雜和操控繁瑣的問題，同時結構簡單，體積小巧，操作容易，提高了工作效率。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括卡盒、密封蓋層，微腔層和壓電控制器。連接方式為密封蓋層與微腔層合在一起，插入在卡盒內，卡盒上設有彈簧卡，卡盒上的彈簧卡夾住密封蓋層的兩個側翼，將密封蓋層與微腔層壓緊密封，密封蓋層上側設有壓電控制器安裝槽，壓電控制器以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽內。微腔層以刻蝕或者模壓工藝形成多個微腔，當壓電控制器按著一定頻率震動時，壓電控制器的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區域變形，這種變形傳遞到微腔內的待混合試劑，從而通過促進微腔內試劑擴散效應來增強混合。
本發明晶片用由玻璃或者聚碳酸酯材料製作封裝成形，在密封蓋層上側製作有十六個壓電控制器安裝槽，密封蓋層下側有用於對準的對準扣件，微腔層以刻蝕或者模壓工藝形成多個微腔，密封蓋層與微腔層藉助於對準扣件合在一起，插入卡盒並由卡盒施力將其密合在一起。
本發明晶片的壓電控制器按著一定頻率震動，作用於其下微腔層微腔，振動頻率由頻率和混合效率試驗曲線取優化值得出，壓電控制器的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區域變形，這種變形傳遞到微腔內的待混合試劑，從而通過促進微腔內試劑擴散效應來增強混合。
本發明中的陣列式混合器在進行試劑混合時，先依次利用微容滴定管在微腔層的各個微腔內滴入待混合試劑，並按照對準缺角作為起始標記進行相關記錄編號，然後合上密封蓋層，插入卡盒內固定，開啟壓電控制器後實現試劑混合，混合後試劑需保持在卡合內數分鐘，防止在震蕩混合中形成的氣化試劑揮發。此後，在打開密封蓋層後，採用現有的微容滴定管通過微腔層的各個微腔吸出。
本發明具有實質性的特點和進步，本發明混合器使用玻璃或者聚碳酸酯材料經刻蝕或模壓製作，在布局上採用了「抽屜」式設計，為了便於清洗和拆卸安裝，設計了對準扣件和卡盒，可以對多組試劑同時進行互不汙染的混合，提升了工作效率，同時，該混合器採用的外部驅動控制電路和輔助設備簡單，操作容易，由於功率低，更可以由電池提供驅動能源，非常適用於野外實地考察和監測時對於微量試劑的混合應用。此外，它可以作為微系統組成器件與試劑檢測或者反應器件集成起來。可以廣泛用於生物試劑、化學試劑濃度和組分的實時測定，對於預防醫學、環境水源監控都具有很強的實用價值。


圖1為本發明結構示意2為本發明各組成部分結構3為圖2所示局部放大示意4為圖2所示局部放大示意圖具體實施方式
如圖1-4所示，本發明包括密封蓋層1、微腔層2、卡盒3、壓電控制器4。連接方式為密封蓋層1與微腔層2合在一起，插入在卡盒3內，卡盒3上設有彈簧卡11，彈簧卡11夾住密封蓋層1的兩個側翼，將密封蓋層1與微腔層2壓緊密封，密封蓋層1上側設有壓電控制器安裝槽5，壓電控制器4以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽5內。
密封蓋層1下側設有用於對準的對準扣7和對準缺角8，密封蓋層1與微腔層2在合起來時，對準扣7防止合起時兩層之間滑動，對準缺角8用於辨認方向，對準缺角8也是微腔6陣列編號時的起始標誌。
卡盒3上設有卷邊9和豁口10，卡盒卷邊9和豁口10可以使密封蓋層1與微腔層2合併後容易插入和取出卡盒3。
密封蓋層1與微腔層2是玻璃或者聚碳酸酯材料，卡盒3是不鏽鋼材料。
密封蓋層1上側設有十六個壓電控制器安裝槽5，為了實現壓電控制器4混合驅動效應，微腔層2以刻蝕或者模壓工藝形成多個微腔6，當壓電控制器4按著一定頻率震動時，壓電片的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區域變形，這種變形傳遞到微腔6內的待混合試劑，從而通過促進微腔6內試劑擴散效應來增強混合。
權利要求
1.一種陣列式多腔壓電驅動微混合器，包括密封蓋層(1)，其特徵在於，還包括微腔層(2)、卡盒(3)、壓電控制器(4)，密封蓋層(1)與微腔層(2)合在一起，插入在卡盒(3)內，卡盒(3)上設有彈簧卡(11)，彈簧卡(11)夾住密封蓋層(1)的兩個側翼，將密封蓋層(1)與微腔層(2)壓緊密封，密封蓋層(1)上側設有壓電控制器安裝槽(5)，壓電控制器(4)以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽(5)內。
2.根據權利要求1所述的陣列式多腔壓電驅動微混合器，其特徵是，密封蓋層(1)下側設有用於對準的對準扣(7)和對準缺角(8)，密封蓋層(1)與微腔層(2)在合起來時，對準扣(7)防止合起時兩層之間滑動，對準缺角(8)用於辨認方向，對準缺角(8)也是微腔(6)陣列編號時的起始標誌。
3.根據權利要求1所述的陣列式多腔壓電驅動微混合器，其特徵是，卡盒(3)上設有卷邊(9)和豁口(10)，卡盒卷邊(9)和豁口(10)使密封蓋層(1)與微腔層(2)合併後容易插入和取出卡盒(3)。
4.根據權利要求1或者2所述的陣列式多腔壓電驅動微混合器，其特徵是，密封蓋層(1)上側設有十六個壓電控制器安裝槽(5)。
5.根據權利要求1所述的陣列式多腔壓電驅動微混合器，其特徵是，密封蓋層(1)與微腔層(2)材料是玻璃或者聚碳酸酯材料，卡盒(3)材料是不鏽鋼材料。
全文摘要
一種微電子技術領域的陣列式多腔壓電驅動微混合器，包括卡盒、密封蓋層，微腔層和壓電控制器。密封蓋層與微腔層合在一起，插入在卡盒內，卡盒上設有彈簧卡，卡盒上的彈簧卡夾住密封蓋層的兩個側翼，將密封蓋層與微腔層壓緊密封，密封蓋層上側設有壓電控制器安裝槽，壓電控制器以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽內。本發明在布局上採用了「抽屜」式設計，為了便於清洗和拆卸安裝，設計了對準扣件和卡盒，可以對多組試劑同時進行互不汙染的混合，提升了工作效率，同時，該混合器的外部驅動控制電路和輔助設備簡單，操作容易，體積小，功率低，非常適用於野外實地考察和監測時對於微量試劑的混合應用。
文檔編號B01F11/00GK1762787SQ20051002989
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月22日 優先權日2005年9月22日
發明者陳文元, 賈曉宇, 牛志強, 張衛平 申請人:上海交通大學