[發(fā)明專利]一種電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器及制備工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610134636.0
• 申請(qǐng)日: 2006-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN101195472A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文榮;陳浩然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81C1/00;B25J7/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)器人技術(shù)在細(xì)胞操作和分離方面的應(yīng)用技術(shù)，具體地說(shuō)是一種采用Parylene?C聚合材料和電致熱材料鈦和/或鉑構(gòu)成的電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器及制備工藝，可在液體環(huán)境中通過(guò)低電壓產(chǎn)生電致熱實(shí)現(xiàn)細(xì)胞夾持操作。

背景技術(shù)

微機(jī)器人技術(shù)在細(xì)胞操作和分離方面的潛在應(yīng)用已引起越來(lái)越多的關(guān)注。生物學(xué)家在將DNA或營(yíng)養(yǎng)物注入細(xì)胞之前，常常使用吸管來(lái)進(jìn)行細(xì)胞的分離。然而，這種方法受細(xì)胞尺寸的限制，例如，如果細(xì)胞與吸管的內(nèi)徑相比太小，那么一簇細(xì)胞會(huì)在不經(jīng)意間被吸到吸管里。另外，吸管不能被用來(lái)旋轉(zhuǎn)細(xì)胞，而這在細(xì)胞注射的過(guò)程中是很必要的。

在現(xiàn)有技術(shù)用于細(xì)胞操作的MEMS微執(zhí)行器的應(yīng)用中，由于位移、力的輸出、工作環(huán)境等條件約束而受到限制，即當(dāng)夾持器上的電勢(shì)達(dá)到2V以上時(shí)水將電解，因此不適合用于液體環(huán)境；而目前微型磁執(zhí)行器依然需要獨(dú)立的磁源來(lái)驅(qū)動(dòng)；另一方面，熱執(zhí)行器雖然可以產(chǎn)生大的力和位移，但會(huì)對(duì)周圍環(huán)境的溫度產(chǎn)生影響，現(xiàn)有的熱執(zhí)行器需要高達(dá)數(shù)伏的工作電壓，工作溫度大約為260℃，這樣高的溫度會(huì)殺死細(xì)胞，因此在實(shí)際細(xì)胞操作中受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能在液體的環(huán)境下以一種低散熱、低電壓的電致熱驅(qū)動(dòng)控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的操作和分離，可為細(xì)胞的定位探測(cè)，注射和測(cè)量提供自動(dòng)化操作應(yīng)用的電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器(Micro?Heating?Drive?Actuator)。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

所述電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器為固定在硅基底上的多個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)，每個(gè)懸臂梁為Parylene?C(一種聚合材料)夾持電致熱材料的三層結(jié)構(gòu)；所述兩層parylene?C沉淀厚度不同，一層為為0.35μm±0.01μm，另一層為paryleneC0.25μm±0.01μm；

所述電致熱材料采用鉑，沉淀厚度為0.2μm±0.005μm；所述懸臂梁個(gè)數(shù)為至少2個(gè)。

其電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器的制備工藝：采用MEMS平面印刷技術(shù)，具體加工工藝如下：

1)首先在硅芯片上使用光照條件生長(zhǎng)氧化硅層作為基底；

2)涂光致抗蝕劑于硅基底所需部位上，這一層作為執(zhí)行器的犧牲層；

3)第一層Parylene?C沉淀在光致抗蝕劑制成的犧牲層上方，沉淀厚度為0.35μm±0.01μm，并用影印石版術(shù)定型，用氧化等離子體刻蝕；

4)將電致熱材料噴濺到第一層上方，作為夾持器的第二層，即加熱層；

5)再將作為第三層的Parylene?C以步驟3所述方式定型于第二層的上方，沉淀厚度為0.25μm±0.01μm；

6)最后釋放刻蝕光致抗蝕劑即可。

其中所述涂光致抗蝕劑涂敷厚度可以為1μm～1.8μm；所述Parylene?C沉淀厚度分別為0.35μm±0.01μm和0.25μm±0.01μm；所述鉑沉淀厚度可以為0.2μm±0.005μm。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明是一種生物兼容的電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器，采用Parylene?C作為結(jié)構(gòu)層，它適于作為熱/電/液體隔離材料，使金屬加熱器不暴露在液體里，以減低散熱。

2.本發(fā)明電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器采用生物兼容的Parylene?C作為結(jié)構(gòu)層，具有相對(duì)大的熱膨脹系數(shù)，因而較小能量可產(chǎn)生較大的位移輸出。

3.由于本發(fā)明電致熱驅(qū)動(dòng)微執(zhí)行器有相對(duì)低的揚(yáng)氏模量，因此執(zhí)行器不易破裂。

4.本發(fā)明電致熱驅(qū)動(dòng)微型執(zhí)行器在水中的驅(qū)動(dòng)電壓小于等于2V，具有生物適用性；功耗小于100mW，工作溫度小于70℃，在電離和非電離的環(huán)境下都可工作，適合應(yīng)用于液體環(huán)境。

5.采用本發(fā)明可以在可控的方式下實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的操作和分離，可為細(xì)胞的定位探測(cè)、注射和測(cè)量提供自動(dòng)化操作應(yīng)用。

微執(zhí)行器工作原理：鉑的熱膨脹系數(shù)為8.8×10^-6/℃，而Parylene?C的熱膨脹系數(shù)為69×10^-6/℃；當(dāng)鉑通電加熱時(shí)，由于二者的熱膨脹系數(shù)不一致，當(dāng)鉑通電致熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，根據(jù)Hooke’s定律，該應(yīng)力描述為