一種電滲微泵裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微流控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電滲微栗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控技術(shù)是指在至少有一維為微米甚至納米尺度的低維通道結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中通過(guò)控制體積為皮升至納升的流體進(jìn)行流動(dòng)，以達(dá)到傳質(zhì)、傳熱目的的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于生化分析、免疫分析、微創(chuàng)外科手術(shù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域。
[0003]其中，微栗是微流控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)微流體精確驅(qū)動(dòng)不可或缺的核心元器件，是微量甚至更小體積微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)形式。微栗在生物化學(xué)分析、微流體(緩沖液、藥物等)輸運(yùn)、微電子芯片冷卻等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，其發(fā)展已成為衡量微流控系統(tǒng)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。
[0004]微栗根據(jù)其工作原理可分為機(jī)械式微栗和非機(jī)械式微栗，兩者主要區(qū)別在于栗內(nèi)有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。機(jī)械式微栗在外力作用下幾乎可以驅(qū)動(dòng)任何類型微流體，但由于存在運(yùn)動(dòng)部件，此類微栗存在使用壽命較短、運(yùn)行可靠性較差、流動(dòng)不連續(xù)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)；而非機(jī)械式微栗動(dòng)力實(shí)現(xiàn)形式主要借助于所驅(qū)動(dòng)微流體本身的物理、化學(xué)性質(zhì)，往往栗內(nèi)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，此類微栗驅(qū)動(dòng)微流體范圍有限，但其可實(shí)現(xiàn)微流體的連續(xù)栗送，可靠性高、可控性好、加工制作較為簡(jiǎn)單且易于集成。
[0005]由于具有驅(qū)動(dòng)流體范圍廣、高壓性能好、流動(dòng)連續(xù)無(wú)脈動(dòng)可靠性高、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、使用壽命長(zhǎng)、能實(shí)現(xiàn)流體流速的精確控制和流向的雙向調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，電滲微栗得到了更多關(guān)注，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種微栗。電滲微栗的動(dòng)力源是電滲流，當(dāng)微流體與微流道固體壁面接觸時(shí)就會(huì)在固-液界面形成一層電雙層，在沿微流道方向加載平行電場(chǎng)時(shí)，微流道壁面電雙層內(nèi)產(chǎn)生電滲驅(qū)動(dòng)力，該驅(qū)動(dòng)力直接作用于微流體，驅(qū)動(dòng)其流動(dòng)，形成電滲流。
[0006]電滲微栗常見(jiàn)形式可歸為兩類，一類是多孔電介質(zhì)填充式電滲微栗，一類是開(kāi)放式微流道電滲微栗。前者主要是向流道內(nèi)填充大量微小顆粒狀介電材料，在外加電壓作用下，顆粒表面的微流體在電滲驅(qū)動(dòng)力作用下形成電滲流；此類微栗可實(shí)現(xiàn)高輸出壓力，但其制作工藝復(fù)雜，不易集成，流速不均勻，填充顆粒與微流道難以匹配。后者則是直接利用微流道產(chǎn)生電滲流；此類微栗內(nèi)不存在填充顆粒，流動(dòng)穩(wěn)定性、均勻性較好，加工制作簡(jiǎn)單，易于集成，但其輸出壓力較低。
[0007]由于普通的電滲栗往往電極和溶液直接接觸，在電壓下易發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，因此電滲微栗中的的微電極材料一般采用金屬鉑，鉑物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適于做微電極材料，但鉑電極的微加工制作工藝較為復(fù)雜、成本較高。鉑電極常采用薄膜結(jié)構(gòu)，薄膜通過(guò)沉積或?yàn)R射等方法集成在微流道底部的基底材料上；此外直接將鉑絲插入微流道儲(chǔ)液槽也是一種較為簡(jiǎn)單的鉑電極形式。這兩種形式的鉑電極都是浸沒(méi)在微流體中，與微流體直接接觸的。而且這種驅(qū)動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)接觸式微電極直接加載于此類微流體或電解質(zhì)溶液的驅(qū)動(dòng)方式容易使微流體產(chǎn)生電流焦耳熱，改變微流體的溫度環(huán)境。
[0008]綜上所述，如何有效避免電極和溶液直接接觸發(fā)生的水解反應(yīng)，增強(qiáng)微栗運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命，成為目前微流控技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題之一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種電滲微栗裝置，簡(jiǎn)化了電極微流道結(jié)構(gòu)，使得該裝置具有加工制作簡(jiǎn)單、流速均勻穩(wěn)定、可控性好、易于集成、抗干擾能力強(qiáng)、低電壓驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種電滲微栗裝置，包括集成在微流控芯片上互不接觸的流體微流道和電極微流道，所述流體微流道包括用于栗送流體的栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段，所述電極微流道設(shè)于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段的兩端，且與所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段成角度交錯(cuò)設(shè)置；所述電極微流道的內(nèi)部填充有液態(tài)金屬，所述電極微流道上設(shè)有用于所述液態(tài)金屬進(jìn)出的注射入口和注射出口，所述注射入口或注射出口連接有可控電源模塊，所述可控電源模塊用于在所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段的兩端形成電勢(shì)差。
[0013]其中，所述液態(tài)金屬為室溫條件下處于液態(tài)的萊、或金屬鎵、或鎵銦合金、或鎵銦錫合金。
[0014]其中，所述電極微流道為兩條，且各有至少一段直線形的直流段，所述直流段平行的布設(shè)于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段的兩端，且與所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段成角度交錯(cuò)設(shè)置；所述直流段的長(zhǎng)度大于栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段垂直方向的長(zhǎng)度。
[0015]其中，所述直流段與所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段成90°交錯(cuò)設(shè)置。
[0016]其中，所述注射入口和注射出口分別設(shè)于所述電極微流道的兩端，一條所述電極微流道的注射入口或注射出口與所述可控電源模塊的正極連接，另一條所述電極微流道的注射入口或注射出口與所述可控電源模塊的負(fù)極連接。
[0017]其中，所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段為直線單流道，所述電極微流道設(shè)于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段兩端的底部，或?qū)ΨQ布設(shè)于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段兩端的底部和頂部。
[0018]其中，所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段包括并聯(lián)設(shè)置的多條分流道，所述多條分流道與所述流體微流道方向平行，且兩端分別與所述流體微流道連通，所述電極微流道設(shè)于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段兩端的底部。
[0019]其中，所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段包括并聯(lián)設(shè)置的多條分流道，所述多條分流道與所述流體微流道方向平行，且兩端分別與所述流體微流道連通，所述電極微流道對(duì)稱布設(shè)于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段兩端的底部和頂部。
[0020]其中，所述電極微流道與所述流體微流道之間由薄層隔開(kāi)，所述薄層厚度小于所述栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段的長(zhǎng)度，所述薄層材料為聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0021 ] 其中，所述微流控芯片的材料為聚二甲基硅氧烷、或玻璃、或石英。
[0022](三)有益效果
[0023]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案具有以下有益效果:本實(shí)用新型的電滲微栗裝置利用具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的室溫液態(tài)金屬作為微電極，流體微流道和電極微流道保持非接觸，微栗運(yùn)行時(shí)，微電極與微流體之間無(wú)直接接觸，可避免微流體在微電極表面的水解反應(yīng)及電流焦耳熱的產(chǎn)生，進(jìn)而提高微電極抗干擾能力，增強(qiáng)微栗運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命；且僅需電極微流道的一端連接可控電源的正極或負(fù)極，有效簡(jiǎn)化了電極微流道結(jié)構(gòu)，降低成本。因而，本實(shí)用新型的電滲微栗裝置具有電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制作方便、成本低廉、可控性好、流體流速均勻穩(wěn)定、易于集成、抗干擾能力強(qiáng)、低電壓驅(qū)動(dòng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的電滲微栗裝置的單流道單級(jí)驅(qū)動(dòng)形式原理示意圖；
[0025]圖2為圖1中的A-A的剖視圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二的電滲微栗裝置的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)形式原理示意圖；
[0027]圖4為圖3中的B-B的剖視圖；
[0028]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例三的電滲微栗裝置的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)形式原理示意圖；
[0029]圖6為圖5中的C-C的剖視圖。
[0030]其中，1、電極微流道；2、注射入口 ；3、注射出口 ；4、可控電源模塊；5、栗區(qū)微流道驅(qū)動(dòng)段；6、流體微流道；7、導(dǎo)線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不能用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。
[0032]在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；除非另有說(shuō)明，“缺口狀”的含義為除截面平齊外的形狀。術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“