專利名稱:陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種微電子技術(shù)領(lǐng)域：
的器件，特別是一種陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器。
背景技術(shù)：
目前，微混合器件可分為通道式混合器和微腔混合器，通道式混合器通過構(gòu)造特殊的微流體通道來使不同試劑流的擴散效應變得更為顯著，從而實現(xiàn)試劑的混合；而微腔混合器，由一個或多個制作在基片上的密閉微腔和驅(qū)動部件構(gòu)成，通過驅(qū)動部件在外部施加機械運動引起震蕩，從而促進微腔內(nèi)不同試劑的混合。在微流體系統(tǒng)中，由于通道長度和孔徑小，雷諾數(shù)較小，流體在通道式混合器中實現(xiàn)均勻混合難度較高，耗時較長。而利用微腔混合器則不僅可以縮短混合時間，還可以使混合進行的更加徹底完全，對于利用混合來實現(xiàn)微反應的混合反應體系尤其有利。當前在微升容量的微型混合器研究中，主要通過氣動、電場來進行驅(qū)動，促進腔內(nèi)試劑擴散流動，實現(xiàn)混合，這種方式下，由于混合在微小腔室內(nèi)進行，擴散主要依靠外力被動完成，時間較長，況且，氣動與電場驅(qū)動本身的輔助設備復雜，體積龐大，操控繁復，因此，不利于諸如疾疫和環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)控的便攜低功耗要求。此外，單腔混合器混合效率低，無法對多種試劑實現(xiàn)同步并行混合，因此多腔混合器在實際應用中研究較為廣泛成為主流。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)Todd Thorsen等人于2002年在《SCIENCE》(《科學》第298卷，2002年10月18日)上發(fā)表了“Microfluidic Large-ScaleIntegration”(“微流器件的大規(guī)模集成”)，該文中提到了基于硅橡膠制作的集成化的大規(guī)模微混合陣列和邏輯氣動驅(qū)動陣列，該器件的核心部分在于微混合陣列，微混合陣列由多個微混合腔單元組成，微混合腔在外部氣動通道邏輯震蕩驅(qū)動下，實現(xiàn)對腔體內(nèi)不同試劑的混合；該文的混合系統(tǒng)由于需要借助外部氣動通道的驅(qū)動，因此附加控制設備非常復雜，氣動本身的頻率還受到閥體和氣體性質(zhì)的制約，因此不利于高效率低功耗的應用，而輔助設備的龐大體積更使其無法應用于便攜裝置中，另外，器件需要應用有彈性的硅橡膠制作，由于此材料本身對于許多生物試劑有吸附效應，需要對流體通道和微腔進行特別的表面修飾或者改性，增加了實際應用的復雜度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，提供一種陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，使其克服了已有技術(shù)中通過氣動對于混合微腔進行驅(qū)動的速度低下，而靜電驅(qū)動又導致制造復雜和操控繁瑣的問題，同時結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，操作容易，提高了工作效率。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明包括卡盒、密封蓋層，微腔層和壓電控制器。連接方式為密封蓋層與微腔層合在一起，插入在卡盒內(nèi)，卡盒上設有彈簧卡，卡盒上的彈簧卡夾住密封蓋層的兩個側(cè)翼，將密封蓋層與微腔層壓緊密封，密封蓋層上側(cè)設有壓電控制器安裝槽，壓電控制器以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽內(nèi)。微腔層以刻蝕或者模壓工藝形成多個微腔，當壓電控制器按著一定頻率震動時，壓電控制器的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區(qū)域變形，這種變形傳遞到微腔內(nèi)的待混合試劑，從而通過促進微腔內(nèi)試劑擴散效應來增強混合。
本發(fā)明芯片用由玻璃或者聚碳酸酯材料制作封裝成形，在密封蓋層上側(cè)制作有十六個壓電控制器安裝槽，密封蓋層下側(cè)有用于對準的對準扣件，微腔層以刻蝕或者模壓工藝形成多個微腔，密封蓋層與微腔層借助于對準扣件合在一起，插入卡盒并由卡盒施力將其密合在一起。
本發(fā)明芯片的壓電控制器按著一定頻率震動，作用于其下微腔層微腔，振動頻率由頻率和混合效率試驗曲線取優(yōu)化值得出，壓電控制器的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區(qū)域變形，這種變形傳遞到微腔內(nèi)的待混合試劑，從而通過促進微腔內(nèi)試劑擴散效應來增強混合。
本發(fā)明中的陣列式混合器在進行試劑混合時，先依次利用微容滴定管在微腔層的各個微腔內(nèi)滴入待混合試劑，并按照對準缺角作為起始標記進行相關(guān)記錄編號，然后合上密封蓋層，插入卡盒內(nèi)固定，開啟壓電控制器后實現(xiàn)試劑混合，混合后試劑需保持在卡合內(nèi)數(shù)分鐘，防止在震蕩混合中形成的氣化試劑揮發(fā)。此后，在打開密封蓋層后，采用現(xiàn)有的微容滴定管通過微腔層的各個微腔吸出。
本發(fā)明具有實質(zhì)性的特點和進步，本發(fā)明混合器使用玻璃或者聚碳酸酯材料經(jīng)刻蝕或模壓制作，在布局上采用了“抽屜”式設計，為了便于清洗和拆卸安裝，設計了對準扣件和卡盒，可以對多組試劑同時進行互不污染的混合，提升了工作效率，同時，該混合器采用的外部驅(qū)動控制電路和輔助設備簡單，操作容易，由于功率低，更可以由電池提供驅(qū)動能源，非常適用于野外實地考察和監(jiān)測時對于微量試劑的混合應用。此外，它可以作為微系統(tǒng)組成器件與試劑檢測或者反應器件集成起來?？梢詮V泛用于生物試劑、化學試劑濃度和組分的實時測定，對于預防醫(yī)學、環(huán)境水源監(jiān)控都具有很強的實用價值。
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本發(fā)明各組成部分結(jié)構(gòu)圖圖3為圖2所示局部放大示意圖圖4為圖2所示局部放大示意圖具體實施方式
如圖1-4所示，本發(fā)明包括密封蓋層1、微腔層2、卡盒3、壓電控制器4。連接方式為密封蓋層1與微腔層2合在一起，插入在卡盒3內(nèi)，卡盒3上設有彈簧卡11，彈簧卡11夾住密封蓋層1的兩個側(cè)翼，將密封蓋層1與微腔層2壓緊密封，密封蓋層1上側(cè)設有壓電控制器安裝槽5，壓電控制器4以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽5內(nèi)。
密封蓋層1下側(cè)設有用于對準的對準扣7和對準缺角8，密封蓋層1與微腔層2在合起來時，對準扣7防止合起時兩層之間滑動，對準缺角8用于辨認方向，對準缺角8也是微腔6陣列編號時的起始標志。
卡盒3上設有卷邊9和豁口10，卡盒卷邊9和豁口10可以使密封蓋層1與微腔層2合并后容易插入和取出卡盒3。
密封蓋層1與微腔層2是玻璃或者聚碳酸酯材料，卡盒3是不銹鋼材料。
密封蓋層1上側(cè)設有十六個壓電控制器安裝槽5，為了實現(xiàn)壓電控制器4混合驅(qū)動效應，微腔層2以刻蝕或者模壓工藝形成多個微腔6，當壓電控制器4按著一定頻率震動時，壓電片的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區(qū)域變形，這種變形傳遞到微腔6內(nèi)的待混合試劑，從而通過促進微腔6內(nèi)試劑擴散效應來增強混合。
權(quán)利要求
1.一種陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，包括密封蓋層(1)、微腔層(2)、卡盒(3)、壓電控制器(4)，其特征在于，密封蓋層(1)與微腔層(2)合在一起，插入在卡盒(3)內(nèi)，卡盒(3)上設有彈簧卡(11)，彈簧卡(11)夾住密封蓋層(1)的兩個側(cè)翼，將密封蓋層(1)與微腔層(2)壓緊密封，密封蓋層(1)上側(cè)設有壓電控制器安裝槽(5)，壓電控制器(4)以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，其特征是，密封蓋層(1)下側(cè)設有用于對準的對準扣(7)和對準缺角(8)，密封蓋層(1)與微腔層(2)在合起來時，對準扣(7)防止合起時兩層之間滑動，對準缺角(8)用于辨認方向，對準缺角(8)也是微腔(6)陣列編號時的起始標志。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，其特征是，卡盒(3)上設有卷邊(9)和豁口(10)，卡盒卷邊(9)和豁口(10)使密封蓋層(1)與微腔層(2)合并后容易插入和取出卡盒(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或者2所述的陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，其特征是，密封蓋層(1)上側(cè)設有十六個壓電控制器安裝槽(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，其特征是，密封蓋層(1)與微腔層(2)材料是玻璃或者聚碳酸酯材料，卡盒(3)材料是不銹鋼材料。
專利摘要
一種微電子技術(shù)領(lǐng)域：
的陣列式多腔壓電驅(qū)動微混合器，包括卡盒、密封蓋層，微腔層和壓電控制器。密封蓋層與微腔層合在一起，插入在卡盒內(nèi)，卡盒上設有彈簧卡，卡盒上的彈簧卡夾住密封蓋層的兩個側(cè)翼，將密封蓋層與微腔層壓緊密封，密封蓋層上側(cè)設有壓電控制器安裝槽，壓電控制器以粘帖方式嵌入壓電控制器安裝槽內(nèi)。本發(fā)明在布局上采用了“抽屜”式設計，為了便于清洗和拆卸安裝，設計了對準扣件和卡盒，可以對多組試劑同時進行互不污染的混合，提升了工作效率，同時，該混合器的外部驅(qū)動控制電路和輔助設備簡單，操作容易，體積小，功率低，非常適用于野外實地考察和監(jiān)測時對于微量試劑的混合應用。
文檔編號B81B7/00GKCN1319848SQ200510029897
公開日2007年6月6日 申請日期2005年9月22日
發(fā)明者陳文元, 賈曉宇, 牛志強, 張衛(wèi)平 申請人:上海交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),