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专利名称：一种超声驻波式微流控芯片及其制备方法
技术领域：
本发明属于微全分析系统领域。特别涉及一种超声驻波式微流控芯片及其制备方 法。
背景技术：
微流控芯片技术是20世纪90年代在分析化学领域发展起来的，它以微网络为结 构特征，以生命科学为主要研究对象，将整个实验室的功能包括样片预处理、反应、分离、检 测等集成在微芯片上，使分析速度得到极大提高，具有极为广泛的适用性和应用前景，是当 前微全分析系统研究的重点。与此同时，由于声学检测和操作方法对活体生物样本检测的无损性，使得其成为 研究的另一个热点。目前，在微流控系统中，一般通过湿法刻蚀方法，在硅片等硬质材料上 刻蚀出微网络结构，再通过阳极键和的方式，将玻璃片键和到刻蚀有微结构的硅片上，以此 来制作声波芯片。这种声波芯片加工效果较好，但是，它需要用到价值数百万的阳极键和设 备，从而使得制备的芯片成本很高，不利于市场化。此外，目前的声波芯片还只是停留在实 验室阶段，还缺乏对芯片可操作性和可控性方面的研究。

发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的状况提供一种制作过程简单、制作成本低 且集成度高的超声驻波式微流控芯片及其制备方法。实现本发明目的采用的技术方案是超声驻波式微流控芯片，由载玻片、微流控芯片、印刷电路板(PCB板)、压电陶瓷 和控制电路所构成。微流控芯片结构中包含有驻波反应腔，由聚二甲基硅氧烷(PDMS)液 态预聚物通过阳模模板成型，并在其液态预聚物固化前将所述的载玻片放置其上，待其固 化连为一体后脱模；PCB板的正面上具有一层导电层，其通过该导电层和微流控芯片的非 载玻片面与微流控芯片连成一体，且在PCB板的正面设置有与微流控芯片结构相对应的孔 位，其对应驻波反应腔的孔位安装有压电陶瓷；控制电路布设在PCB板的背面。实际应用中，上述微流控芯片上的驻波反应腔的数目可彡1，且上述PCB析上的孔 位和压电陶瓷与之相对应；与之相对应的控制电路为一组开关电路，开关的输入端连在一 起，其输出端与各压电陶瓷分别相连。超声驻波式微流控芯片的制备方法由下述步骤所构成1、用软光刻的方法制备所需的含有驻玻反应腔的微流控芯片用的阳模模板；2、在表面具有一层导电层的印刷电路板(PCB板)上的导电层面上加工出与微流 控芯片中结构相对应的孔位，并在与超声驻波反应腔相对应的孔位里安装压电陶瓷片，接 着在PCB板的非导电层面上布设相应的控制电路；3、将聚二甲基硅氧烷(PDMS)液态预聚物置入制备的微流控芯片的阳模模板上， 并将载玻片放置在阳模模板上的PDMS液态预聚物上，待PDMS液态预聚物反应固化后，一起脱模，形成与载玻片一体的微流控芯片，用打孔器打孔；4、将与载玻片一体的微流控芯片通过其上的非载玻片层面和PCB板上的导电层 面与制备的PCB板对应地连接在一起。 实际应用中，上述制备微流控芯片用的阳模模板可选用单晶硅阳模模板；上述 PCB板上安装有压电陶瓷的孔位里可填充封装压电陶瓷的环氧树脂。本发明超声驻波的声源来自安装在PCB孔洞里面的压电陶瓷，其工作频率由其自 身性质决定。根据各个压电陶瓷的谐振频率的不同，通过调节输入信号的强度和频率，可以 实现对细胞之类的生物活体样品的分离和捕获。本发明通过包埋的方法实现了超声驻波在微流控芯片中的集成。与现有方法相 比，具有如下的优点此装置加工过程简单，无需湿法刻蚀等复杂步骤；成本低，制作过程 中不需要价格昂贵的阳极键和设备；超声驻波场的产生和调节可控；通过使用尺寸更加小 的压电陶瓷片可以使得装置具有更高的集成度。利用本发明能够很容易地实现对细胞等生 物活体样品的分离、捕获和操纵。据此，本发明可广泛应用于生命科学、药物科学和医学等 领域。


图1是本发明超声驻波式微流控芯片的横剖面结构示意图。图2是本发明实施例1产品的俯视图。图3是本发明实施例2产品的俯视图。图4是本发明实施例3产品的俯视图。附图中1——PCB板，2——PDMS，3——载玻片，4——超声驻波反应腔，5——PZT 压电陶瓷片，6——封装PZT的环氧树脂，7——芯片的进/出液孔。
具体实施例方式实施例11、用软光刻的方法制取超声驻波微流控芯片用的单晶硅阳模模板，此模板中只设 计有一个驻波反应腔(4)，形成1X1的驻波反应腔阵列；2、在表面镀有一层铜的PCB板(1)上加工出一个与微流控芯片中结构相对应的孔 位，在超声驻波反应腔的孔位里安装固定上PZ26压电陶瓷片(5)，作为超声驻波的声源，同 时在PCB板⑴的背面进行布线，将压电陶瓷片(5)输入信号连接到控制电路的输出端；3、将PDMS液态预聚物(2)倒在阳模模板上，再将一块载玻片(3)放入阳模模板上 的PDMS液态预聚物(2)上，待反应固化后，一起脱模成型，制成与载玻片一体的微流控芯 片，用打孔器打孔；4、将以上制得的与载玻片一体的微流控芯片和以上制备的PCB板(1)用螺丝固定 在一起，即得到集成有一个超声驻波反应腔(4)的微流控芯片。实施例21、用软光刻的方法制取超声驻波微流控芯片用的玻璃阳模模板，此模板中设计有 三个驻波反应腔(4)，形成1X3的驻波反应腔阵列；
2、在表面镀有一层钼的PCB板⑴上加工出与微流控芯片中结构相对应的孔位， 在与超声驻波反应腔相对应的孔位里安装固定上三个PZ26压电陶瓷片(5)，作为超声驻波 的声源，同时在PCB板(1)的背面进行布线，将所有的压电陶瓷片(5)输入信号连接到三路 开关电路的输出端，并将焊接有三路开关的电路板固定在PCB板(1)的两侧，作为支架； 3、将PDMS液态预聚物(2)倒在阳模模板上，再将一块载玻片(3)放入阳模模板上 的PDMS液态预聚物(2)上，待反应固化后，一起脱模成型，制成与载玻片一体的微流控芯 片，用打孔器打孔；4、将以上制得的与载玻片一体的微流控芯片和已安装有支架的PCB板(1)用螺丝 固定在一起，即得到集成有三个驻波反应腔(4)的微流控芯片。实施例31、用软光刻的方法制取超声驻波微流控芯片用的单晶硅阳模模板，此模板中设计 有9个驻波反应腔(4)，形成3 X 3阵列式分布；2、在表面镀有一层金的PCB板(1)上加工出与微流控芯片中结构相对应的孔位， 在超声驻波反应腔(4)的孔位里安装固定上九个PZ26压电陶瓷片(5)，作为超声驻波的声 源，同时在PCB板(1)的背面进行布线，将所有的压电陶瓷片(5)输入信号连接到九路开关 电路的输出端，并将焊接有九路开关的电路板固定在PCB板(1)的两侧，作为支架；3、将PDMS液态预聚物(2)倒在阳模模板上，再将一块载玻片(3)放入阳模模板上 的PDMS液态预聚物(2)上，待反应固化后，一起脱模成型，制成与载玻片一体的微流控芯 片，用打孔器打孔；4、将以上制得的与载玻片一体的微流控芯片和已安装有支架的PCB板(1)用螺丝 固定在一起，即得到集成有一个3X3共9个驻波反应腔(4)的微流控芯片。
权利要求
一种超声驻波式微流控芯片，由载玻片、微流控芯片、印刷电路板(PCB板)、压电陶瓷和控制电路所构成，其特征在于1)所述的微流控芯片结构中包含有驻波反应腔，由聚二甲基硅氧烷(PDMS)液态预聚物通过阳模模板成型，并在其液态预聚物固化前将所述的载玻片放置其上，待其固化连为一体后脱模；2)所述PCB板的正面上具有一层导电层，其通过该导电层和微流控芯片的非载玻片层面与微流控芯片连成一体，且在PCB板的正面上设置有与微流控芯片结构相对应的孔位，其对应驻波反应腔的孔位安装有压电陶瓷；3)所述的控制电路布设在PCB板的背面。
2.根据权利要求1所述的一种超声驻波式微流控芯片，其特征在于所述的微流控芯 片上的驻波反应腔的数目> 1。
3.根据权利要求1或2所述的一种超声驻波式微流控芯片，其特征在于所述的控制 电路为一组开关电路；其开关的输入端连在一起，其开关的输出端与各压电陶瓷分别相连。
4.一种超声驻波式微流控芯片的制备方法，其特征在于由下述步骤所构成1)用软光刻的方法制备所需的含有驻玻反应腔的微流控芯片用的阳模模板；2)在表面具有一层导电层的PCB板上的导电层面上加工出与微流控芯片中结构相对 应的孔位，并在与超声驻波反应腔相对应的孔位里安装压电陶瓷片，接着在PCB板的非导 电层面上布设相应的控制电路；3)将聚二甲基硅氧烷(PDMS)液态预聚物置入制备的微流控芯片的阳模模板上，并将 载玻片放置在阳模模板上的PDMS液态预聚物上，待PDMS液态预聚物反应固化后，一起脱 模，形成与载玻片一体的微流控芯片，用打孔器打孔；4)将与载玻片一体的微流控芯片通过其上的非载玻片层面和PCB板上的导电层面与 制备的PCB板对应地连接在一起。
5.根据权利要求4所述的一种超声驻波式微流控芯片的制备方法，其特征在于所述 的制备微流控芯片用的阳模模板为单晶硅阳模模板。
6.根据权利要求4或5所述的一种超声驻波式微流控芯片的制备方法，其特征在于所 述的PCB板上安装有压电陶瓷的孔位里填充有封装压电陶瓷的环氧树脂。
全文摘要
本发明公开了一种超声驻波式微流控芯片及其制备方法。其产品由载玻片、微流控芯片、印刷电路板(PCB板)、压电陶瓷和控制电路所构成。微流控芯片结构中包含有驻波反应腔，由聚二甲基硅氧烷(PDMS)液态预聚物通过阳模模板固化成型，并在其固化前将载玻片放置其上，待其固化连为一体后脱模；PCB板的正面镀有一层导电层，其通过该导电层和微流控芯片的非载玻片面与微流控芯片连成一体，且在PCB板的正面设置有与微流控芯片结构相对应的孔位，其对应驻波反应腔的孔位安装有压电陶瓷；控制电路布设在PCB板的背面。本发明制作过程简单，成本低廉，具有很高的可控性和可操作性，集成化程度高，很容易实现对细胞等生物活体样品的分离、捕获和操纵。
文档编号G01N35/00GK101881779SQ20101019215
公开日2010年11月10日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者国世上, 曾谦, 李思晢, 赵兴中, 郭峰 申请人:武汉大学