本發(fā)明屬于微流控，具體涉及一種壓電超聲自清潔微流控芯片。

背景技術(shù)：

1、基于微尺度(通常<1mm)下微量液體的操作，微流控芯片廣泛應(yīng)用于生化分析、醫(yī)療診斷、食品檢測以及航空航天領(lǐng)域，具有體積小、耗能低、通量高及集成度高等優(yōu)點。大多數(shù)微流控芯片中都包含轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)來改變傳輸介質(zhì)的流動方向，但在這些轉(zhuǎn)角區(qū)流體流動比較復(fù)雜，常伴有較強的二次流，易導(dǎo)致通道堵塞，影響芯片性能。因此，提高芯片自清潔能力，提升微流體傳輸?shù)目煽啃匀允俏⒘骺丶夹g(shù)的重要問題。

2、目前，主要采取的清潔方式有正壓清洗液清洗、負(fù)壓抽吸，這些方式容易造成微流控芯片封接破裂和試劑污染，還有一些研究通過改進轉(zhuǎn)角幾何結(jié)構(gòu)(如特殊設(shè)計的弧形結(jié)構(gòu))來減少轉(zhuǎn)角處液體滯留，但這種微流控芯片實際加工難度大，且這些傳統(tǒng)清洗過程可控性差，清洗效果不佳。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決目前微流控芯片易堵塞，采用傳統(tǒng)清潔方式易造成芯片破裂、清洗過程可控性差且清洗效果不佳，改變轉(zhuǎn)角幾何結(jié)構(gòu)來減少轉(zhuǎn)角處液體滯留會導(dǎo)致加工制作難度大等問題，提供一種壓電超聲自清潔微流控芯片。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種壓電超聲自清潔微流控芯片，包括壓電超聲波發(fā)生裝置、微流控芯片以及清洗液，所述微流控芯片固定裝在壓電超聲波發(fā)生裝置上，微流控芯片內(nèi)部設(shè)置有微通道，或者微流控芯片底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與壓電超聲波發(fā)生裝置通過不可逆封接形成閉合的微通道；微流控芯片上表面開設(shè)有至少一個與微通道連通的液體入口和液體出口，所述清洗液通過液體入口進入微通道，沿著微通道流動，并通過液體出口排出。

4、進一步的，所述壓電超聲波發(fā)生裝置包括壓電基底、電極、聲吸收塊以及交流激勵模塊；所述電極位于壓電基底上表面一端且二者制為一體，所述聲吸收塊固定在壓電基底上表面；所述交流激勵模塊通過引線與電極的正負(fù)極連接；所述微流控芯片固定在壓電基底上表面，所述微流控芯片底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與壓電基底上表面通過不可逆封接形成閉合的所述微通道。

5、進一步的，所述壓電超聲波發(fā)生裝置包括壓電陶瓷片、黃銅基底、聲吸收塊以及交流激勵模塊；所述壓電陶瓷片和聲吸收塊均固定在黃銅基底上表面，所述交流激勵模塊通過激勵信號引線正負(fù)極分別與壓電陶瓷片和黃銅基底連接；所述微流控芯片固定在黃銅基底上表面，所述微流控芯片底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與黃銅基底上表面通過不可逆封接形成閉合的所述微通道。

6、進一步的，所述電極通過磁控濺射和離子束刻蝕工藝在所述壓電基底上表面一端制作形成。

7、進一步的，所述壓電基底為y-128°切向的鈮酸鋰、壓電陶瓷或壓電高分子材料，或者是由玻璃、金屬或塑料非壓電材料與其表面沉積的厚度為0.2mm～1mm的壓電薄膜構(gòu)成的復(fù)合基底。

8、進一步的，所述電極采用矩形叉指電極或弧形叉指電極，電極材料為金、鉑、鋁、銀、fto導(dǎo)電玻璃、鈦、鉻、碳中的一種或幾種的組合。

9、進一步的，所述微通道的形狀為直線形、折線形、弧形中的一種或幾種的組合；微通道的整體深度保持一致，微通道的整體寬度相同或者不同。

10、進一步的，沿所述微流控芯片的長度方向或?qū)挾确较虿⒘性O(shè)置至少兩個所述微通道。

11、進一步的，所述清洗液為去離子水、甲醇、乙醇、異丙醇或者丙酮溶液。

12、進一步的，所述聲吸收塊的材料為橡膠、吸聲泡沫或玻璃纖維。

13、本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：本發(fā)明所提供的壓電超聲自清潔微流控芯片，通過交流激勵模塊在基底表面形成超聲表面波，實現(xiàn)微流控芯片的自清潔功能。壓電超聲發(fā)生裝置無需使用機械驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，聲電轉(zhuǎn)換效率高，功耗低，便于與其它系統(tǒng)集成；通過改變激勵信號的幅值和頻率均可實現(xiàn)壓電超聲波的快速調(diào)節(jié)，具有更高的可控性和更快的響應(yīng)速度；利用清洗液內(nèi)部產(chǎn)生的聲流效應(yīng)形成聲流旋渦，將微通道內(nèi)部尤其是轉(zhuǎn)角區(qū)的滯留物清除，清潔效率更高，且不會對微流控芯片造成損壞；清洗液可以選擇去離子水或其它液體(甲醇、乙醇、異丙醇或者丙酮溶液)，不易造成試劑污染而影響使用；該清洗方式無需特殊設(shè)計微通道結(jié)構(gòu)，微流控芯片制作成本低。

技術(shù)特征：

1.一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：包括壓電超聲波發(fā)生裝置、微流控芯片(3)以及清洗液(4)，所述微流控芯片(3)固定裝在壓電超聲波發(fā)生裝置上，微流控芯片(3)內(nèi)部設(shè)置有微通道(3-2)，或者微流控芯片(3)底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與壓電超聲波發(fā)生裝置通過不可逆封接形成閉合的微通道(3-2)；微流控芯片(3)上表面開設(shè)有至少一個與微通道(3-2)連通的液體入口(3-1)和液體出口(3-3)，所述清洗液(4)通過液體入口(3-1)進入微通道(3-2)，沿著微通道(3-2)流動，并通過液體出口(3-3)排出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述壓電超聲波發(fā)生裝置包括壓電基底(1)、電極(2)、聲吸收塊(5)以及交流激勵模塊(6)；所述電極(2)位于壓電基底(1)上表面一端且二者制為一體，所述聲吸收塊(5)固定在壓電基底(1)上表面；所述交流激勵模塊(6)通過引線與電極(2)的正負(fù)極連接；所述微流控芯片(3)固定在壓電基底(1)上表面，所述微流控芯片(3)底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與壓電基底(1)上表面通過不可逆封接形成閉合的所述微通道(3-2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述壓電超聲波發(fā)生裝置包括壓電陶瓷片(7)、黃銅基底(8)、聲吸收塊(5)以及交流激勵模塊(6)；所述壓電陶瓷片(7)和聲吸收塊(5)均固定在黃銅基底(8)上表面，所述交流激勵模塊(6)通過激勵信號引線正負(fù)極分別與壓電陶瓷片(7)和黃銅基底(8)連接；所述微流控芯片(3)固定在黃銅基底(8)上表面，所述微流控芯片(3)底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與黃銅基底(8)上表面通過不可逆封接形成閉合的所述微通道(3-2)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述電極(2)通過磁控濺射和離子束刻蝕工藝在所述壓電基底(1)上表面一端制作形成。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述壓電基底(1)為y-128°切向的鈮酸鋰、壓電陶瓷或壓電高分子材料，或者是由玻璃、金屬或塑料非壓電材料與其表面沉積的厚度為0.2mm～1mm的壓電薄膜構(gòu)成的復(fù)合基底。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述電極(2)采用矩形叉指電極或弧形叉指電極，所述電極(2)材料為金、鉑、鋁、銀、fto導(dǎo)電玻璃、鈦、鉻、碳中的一種或幾種的組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述微通道(3-2)的形狀為直線形、折線形、弧形中的一種或幾種的組合；微通道(3-2)的整體深度保持一致，微通道(3-2)的整體寬度相同或者不同。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：沿所述微流控芯片(3)的長度方向或?qū)挾确较虿⒘性O(shè)置至少兩個所述微通道(3-2)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述清洗液(4)為去離子水、甲醇、乙醇、異丙醇或者丙酮溶液。

10.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種壓電超聲自清潔微流控芯片，其特征在于：所述聲吸收塊(5)的材料為橡膠、吸聲泡沫或玻璃纖維。

技術(shù)總結(jié)
一種壓電超聲自清潔微流控芯片，屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括壓電超聲波發(fā)生裝置、微流控芯片以及清洗液，微流控芯片固定裝在壓電超聲波發(fā)生裝置上，微流控芯片內(nèi)部設(shè)置有微通道，或者微流控芯片底部設(shè)有的微結(jié)構(gòu)與壓電超聲波發(fā)生裝置通過不可逆封接形成微通道；微流控芯片上表面開設(shè)有至少一個與微通道連通的液體入口和液體出口，所述清洗液通過液體入口進入微通道，沿著微通道流動，并通過液體出口排出。本發(fā)明通過壓電超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生高頻超聲表面波，耦合進入微流控芯片的微通道內(nèi)，在清洗液內(nèi)部形成聲流效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)微流控芯片內(nèi)部尤其是轉(zhuǎn)角區(qū)滯留物的有效清除，提高了微流控芯片的清潔效率和可控性。

技術(shù)研發(fā)人員：張敏,孟富娜,曾文,馮海美,聶高興
受保護的技術(shù)使用者：華北科技學(xué)院（中國煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)中心）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10