[發明專利]一種激振?吸振行波引導微流體運輸的裝置

有效

• 申請號: 201610457446.6
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN105927519B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 江海;呂慶慶;顧守東;路崧;劉建芳;王吉舉;王全偉;吳亞東;王迪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F04B43/12
• 分類號: F04B43/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 郭耀輝

技術領域

本發明涉及一種激振-吸振行波引導微流體運輸的裝置，屬于微精密驅動領域。

背景技術

近年來，由于新型技術的快速發展和市場對微流體器件需求的持續推動，微流體系統已成為科學界、企業界研究的熱點。微流體的驅動與控制是微流體系統中經常遇到的問題，是發展MEMS需要解決的關鍵技術之一。隨著生物芯片技術的進步，更是迫切要求實現微量流體自動、精確的驅動和控制。因此微流體驅動與控制技術的發展嚴重影響微流體器件的進一步微型化和性能的改進。目前微流體驅動與控制技術的研究已逐漸成為研究的熱點。現有的微流體驅動與控制技術主要有：1)壓力驅動和控制，它可看作是宏觀流動控制技術的一種移植；依靠入口、出口和管道內的相對壓差來驅動流體運輸；2)電驅動，它是通過在儲液池的兩端放置外電極，通過在電極上施加電壓以在溶液中形成驅動電場來實現微管道內液體的運輸。它是目前最常用和最有效的驅動方式。但也存在一定的局限性，它對管壁材料和被驅動流體的物理化學性質比較敏感，因此只可適用于一定范圍的流體和管壁材料；3)電水力驅動與控制，它需要在流體中或流-固界面誘導產生自由電荷，并通過電場與自由電荷的相互作用產生的驅動力來驅動微流體。但它一般只適用于導電率極低的液體；4)表面張力驅動微流體流動，它是利用在流-固表面產生某種特定的表面張力梯度，來驅使流體在特定的方向上運輸；5)離心力驅動和控制，通過采用光刻和膜塑成型的方法在塑料圓盤上制作微管道網絡，流體被貯存在靠近圓盤中心的供液池中，當圓盤被馬達帶動旋轉時，流體就會在離心力的作用下沿著微管道網絡向遠離圓心的方向運動。這種方式的微流體運輸速度可通過調節馬達的轉速來控制。為了更能簡易地實現微管道內微流體的運輸，本發明提出了一種新型利用激振-吸振形成法產生超聲行波并在微器件的管道內產生聲輻射壓以克服液體間的粘滯力與慣性力，從而達到驅動微流體沿著行波方向運輸的目的。

發明內容

為了實現驅動和控制微管道內微流體的運輸問題，本發明設計了一種激振-吸振行波引導微流體運輸的裝置。該裝置致力于一種新原理的微流體驅動與控制技術，并利用激振-吸振法產生具有驅動源的超聲行波，同時利用產生的超聲行波來實現微流體的運輸與控制。該發明裝置核心部分在于超聲行波驅動微器件100的制作，它是利用激振-吸振的原理在超聲行波驅動微器件100上產生單向直線式超聲行波，當第一硅片6上的微管道內的超聲行波的波速大于媒介中的聲速時，就會在媒介中形成斜向的聲輻射壓力，這樣微管道內的液體就會在這種聲輻射壓和管壁的粘附力的作用下克服液體間的粘滯力與慣性力，從而實現微流體的驅動與控制。

為達到以上目的，本發明采用以下技術方案：其中本發明的關鍵部件是超聲行波驅動微器件100的制作，它可通過以下技術方案及流程實現。

1)由于Si₃N₄材料具有優良的機械及光電性能、熱和化學穩定性，硬度高、耐磨損等特點而得到重視。因此本裝置也采用Si₃N₄作為需要的薄膜材料，并采用低壓化學汽相沉積法對第二硅片5進行低應力Si₃N₄薄膜4的生長。

2)在Si₃N₄薄膜4上進行光刻膠PR 11的旋涂。通過旋轉涂膠臺將光刻膠PR 11均勻涂于Si₃N₄薄膜4，從而使得光刻膠PR 11與Si₃N₄薄膜4能夠很好地結合，而獲得精準的幾何圖案。

3)曝光與顯影：通過曝光技術對前烘后的光刻膠PR 11進行曝光處理。然后把曝光后的第二硅片5放在NaOH顯影液里，這樣顯影液就會將應去除的光刻膠PR 11除干凈，以獲得所需的圖形。顯影后可將樣品勻速放入到去離子水中定影1min。

4)在光刻膠PR 11及Si₃N₄薄膜4表面反應濺射一層Cr金屬10作為保護層，后續再通過金屬剝離技術，使無需刻蝕的第二硅片5能夠得到Cr金屬10的保護。將濺射完的第二硅片5浸泡于丙酮溶液中，這樣光刻膠PR 11上的Cr金屬10會隨光刻膠PR 11在丙酮溶液中溶解而從第二硅片5上剝離出來，從而掩膜圖形即呈現出來。

5)選用反應離子刻蝕(RIE)法除去未被Cr金屬10保護的Si₃N₄薄膜4。