[發(fā)明專利]一種微流控高頻聲聚焦芯片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710170689.6
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN106914288B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 國世上;李思晢
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

本發(fā)明公開了一種微流控高頻聲聚焦芯片及其制備方法。其產(chǎn)品由聲波換能器、帶有波導(dǎo)和聚焦功能的微結(jié)構(gòu)的硅片、PDMS有機(jī)高聚物所構(gòu)成。其中，硅片上的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為45?鏡面結(jié)構(gòu)的硅凹槽，聚焦結(jié)構(gòu)為硅晶片內(nèi)半圓柱?垂直反射壁形狀的凹槽。在45?硅鏡面凹槽上沉積了金薄膜作為聲波阻抗匹配層減。帶有孔洞的PDMS有機(jī)高聚物覆蓋在硅片上，其兩個孔洞與硅片微溝道內(nèi)進(jìn)、出樣處的位置相對應(yīng)，且有機(jī)高聚物與硅片緊密封裝使得芯片不漏液。聲波換能器為氧化鋅薄膜組分并耦合在硅片底部。換能器正反面用鉑層作為電極。本發(fā)明將高頻體聲波集成到微流體芯片內(nèi)，可對細(xì)胞、微顆粒等生物活體樣品進(jìn)行快速捕獲并保證樣品活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微全分析系統(tǒng)領(lǐng)域。特別涉及一種微流控高頻聲聚焦芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

微流控芯片是通過微機(jī)電加工工藝（MEMS）在特定基底上加工微溝道，使其可通入皮升至納升的流體，從而對流體以及流體內(nèi)的生物樣品進(jìn)行研究的微芯片。微流控芯片技術(shù)可將整個實(shí)驗(yàn)室的功能包括樣片預(yù)處理、反應(yīng)、分離、檢測等集成在一塊芯片上，具有高集成度，低試劑消耗，靈敏度高，分析效率高等特點(diǎn)，具有極為廣泛的適用性和應(yīng)用前景。微流控芯片可作為高度交叉的學(xué)科平臺，集成聲、光、電、磁等技術(shù)手段在小型化的器件上。

超聲波對小范圍內(nèi)的流體以及流體內(nèi)的小顆粒能進(jìn)行有效的免接觸式的操控。通過控制輸入功率的大小，聲波能無損地控制活性生物體在微溝道中定向移動。因此，聲波集成的微流控操作平臺成為在微流系統(tǒng)中研究的新熱點(diǎn)。目前，在聲微流操控芯片的研究中，主要是基于駐波共振的低頻的體波操控和聲表面波操控（<20MHz）。這些方法通過在溝道中產(chǎn)生有波節(jié)和波腹的聲場，從而用聲學(xué)力將樣品聚集到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)操控。然而，這些聲學(xué)器件的共振驅(qū)動頻率難以很高，其關(guān)聯(lián)的限制有溝道最小尺寸，樣品的通量和密度等。另一方面，高頻的聲波驅(qū)動頻率則有著更高的操控精度和更小的控制范圍。頻率越高，波長越小，從而特別適合對單個細(xì)胞大小的樣品進(jìn)行捕獲、篩選、定向排列等操作。目前，現(xiàn)有的高頻聲波微流驅(qū)動技術(shù)主要基于聲表面波引起的聲流現(xiàn)象來操控液滴和顆粒（386MHz）。但就產(chǎn)業(yè)化而言，相比于體波技術(shù)，聲表面波微流芯片難以與常用的半導(dǎo)體材料（硅，玻璃等）集成，并且在樣本通量上容易達(dá)到瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工作在高頻區(qū)間（500MHz~800MHz），響應(yīng)快，功率低的微流控高頻聲聚焦芯片及其制備方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種微流控高頻聲聚焦芯片結(jié)構(gòu)，由聲波換能器、帶有波導(dǎo)和聚焦功能微結(jié)構(gòu)的硅片，帶孔洞的PDMS(polydimethylsiloxane)有機(jī)高聚物組成；

所述的聲波換能器用于聲波信號的產(chǎn)生，由氧化鋅薄膜組成并與硅片下表面耦合，硅片下表面沉積鉑金屬薄膜作為氧化鋅換能器上表面的上電極，氧化鋅薄膜的下表面再次沉積鉑金屬薄膜作為氧化鋅薄膜的下電極；

所述的帶有波導(dǎo)和聚焦功能微結(jié)構(gòu)的硅片，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由45?硅鏡面和硅鏡面上的金薄膜組成，聚焦功能微結(jié)構(gòu)由半圓柱-垂直反射壁凹槽和凹槽兩端的用于進(jìn)出樣的微溝道組成；

所述的PDMS有機(jī)高聚物封裝在硅片表面上，PDMS有機(jī)高聚物上有兩個孔口作為樣品的進(jìn)出樣口，并分別連通于硅片上的微溝道的端口。

本發(fā)明的上述裝置，可用于的體聲波共振頻率為高頻（500MHz~800MHz），波導(dǎo)面為45?硅鏡面；聲阻匹配層為單層金薄膜。

聚焦結(jié)構(gòu)為半圓柱-垂直反射壁凹槽。

氧化鋅薄膜耦合在硅片底部，其上下電極分別為鉑電極薄膜。

本發(fā)明的微流控高頻聲聚焦芯片的制備方法，由下述步驟所構(gòu)成：

1）利用濕法刻蝕方法在硅片上形成45?硅鏡面；