專利名稱：在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體輸運(yùn)技術(shù)，尤其是涉及一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字 微流體輸運(yùn)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
微流控芯片因具有小尺寸、操作智能化、較低的試劑消耗量、小的體積、較短的反 應(yīng)時(shí)間及集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得它在化學(xué)、生化和生物分析等領(lǐng)域中得到越來(lái)越多的 應(yīng)用，并不斷有新的微流控芯片在現(xiàn)實(shí)的生活和科學(xué)研究中等得到應(yīng)用。微流控芯片是 采用微機(jī)電方法在硅、玻璃、或有機(jī)物等基片上加工各種微流體操作單元，如微闊、微 泵、微通道、微混合器、微反應(yīng)器等，以實(shí)現(xiàn)樣品或試劑的進(jìn)樣、預(yù)處理、混合、反應(yīng)、 檢測(cè)及后處理等一系列操作，實(shí)現(xiàn)微量生化量的完整檢測(cè)過(guò)程。微流控芯片根據(jù)操作對(duì) 象即微流體在微流控芯片中的操作形式分為連續(xù)流的微流控芯片和數(shù)字流的微流控芯 片兩類。相對(duì)于連續(xù)流的微流控芯片，數(shù)字流的微流控芯片具有樣品用量更少、分析速 度更快、精確度更高、樣品或試劑交叉污染更少等諸多優(yōu)點(diǎn)而更具有發(fā)展前景，已經(jīng)得 到各國(guó)專家的廣泛高度重視。
目前，以壓電材料為基片的聲表面波技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單成熟、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)越來(lái) 越受到微流控專家的重視。以壓電材料為基片的微流控芯片，相對(duì)于硅、玻璃、有機(jī)聚 合物等為基片的微流控芯片，更具有發(fā)展?jié)摿?，近年?lái)以壓電材料為基片的微流控芯片 得到了快速發(fā)展。但同時(shí)，以壓電材料為基片的微流控芯片也具有一定局限性，相對(duì)于 其它基片，由壓電材料制成的壓電基片上相對(duì)較難進(jìn)行微機(jī)電加工，大多只能在壓電基 片上光刻叉指換能器陣列，實(shí)現(xiàn)開放式的微流控芯片，且叉指換能器陣列的指對(duì)數(shù)有限， 這樣使得對(duì)微量生化物質(zhì)的分析和檢測(cè)微流系統(tǒng)往往難以在一個(gè)微流控芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，可 能需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的微流控芯片才能滿足實(shí)際需要，此時(shí)，微流體在微流控芯片之 間的輸運(yùn)就不可避免。而現(xiàn)有的基于壓電基片的微流控芯片，還局限于一個(gè)微流控芯片 的兩維平面內(nèi)微流體的輸運(yùn)，尚未發(fā)現(xiàn)在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)微流體輸運(yùn)的報(bào)道。如期 刊《IEEE會(huì)刊的超聲、鐵電和頻率控制分會(huì)刊》2007年第54巻第10期2146-2151頁(yè) (IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics， and frequency control Vol.54 (10), 2007: 2146-2151)公開了《運(yùn)用聲表面波系統(tǒng)檢測(cè)和高精度定位微液滴》(《Detection and high-precision positioning of liquid droplets using SAW systems》)，它是基于聲表面波技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體在兩維平面內(nèi)的輸運(yùn)，在128GY旋轉(zhuǎn)X傳播方向鈮酸鋰基片上采用微電 子工藝制作2X2叉指換能器陣列，在水平方向的叉指換能器上加RF電信號(hào)激發(fā)聲表面 波，該聲表面波驅(qū)動(dòng)聲路徑上的數(shù)字微流體，以使微流體在壓電基片的平面內(nèi)輸運(yùn)，微 流體位置由垂直方向叉指換能器對(duì)確定，這種數(shù)字微流體輸運(yùn)方法只能使數(shù)字微流體在 兩維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。但隨著對(duì)數(shù)字流的微流控芯片深入地研究，必然需要集成越來(lái)越多的 操作單元于微流控芯片上，尤其是較復(fù)雜的微流體分析系統(tǒng)，很難將所有的微流體操作 單元集成于一個(gè)微流控芯片中，而是將微流體分析系統(tǒng)所需的各操作單元按功能分別集 成于兩個(gè)或兩個(gè)以上的微流控芯片中，由此牽涉到了在多個(gè)微流控芯片之間輸運(yùn)數(shù)字微 流體的問(wèn)題，而現(xiàn)有的數(shù)字流的微流控芯片通常包括一個(gè)壓電基片，壓電基片上設(shè)置有 叉指換能器組和用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的疏水層，叉指換能器組由若干個(gè)叉指換能器組 成，叉指換能器沿壓電基片的四周設(shè)置，叉指換能器與外部信號(hào)發(fā)生裝置連接，壓電基 片上靠近叉指換能器向外的一側(cè)設(shè)置有反射柵，反射柵用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置輸出 到叉指換能器上的RF電信號(hào)功率，如果需要從同一微流體分析系統(tǒng)中的一個(gè)微流控芯 片向另一個(gè)微流控芯片輸運(yùn)或傳遞數(shù)字微流體，則必然要求微流控芯片具有一個(gè)用于數(shù) 字微流體傳遞的開口，然而即使兩個(gè)微流控芯片均具有一個(gè)用于數(shù)字微流體傳遞的開 口，上述現(xiàn)有的數(shù)字微流體輸運(yùn)方法也無(wú)法實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)微流控芯片之間的數(shù)字微流體的 輸運(yùn)或傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種操作簡(jiǎn)單方便、工作可靠，且能夠有效實(shí)現(xiàn) 數(shù)字微流體在兩個(gè)微流控芯片之間輸運(yùn)的裝置及方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為 一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù) 字微流體輸運(yùn)的裝置，兩個(gè)微流控芯片分別為上微流控芯片和下微流控芯片，所述的上 微流控芯片的上表面具有一個(gè)用于輸出數(shù)字微流體的開口，在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn) 數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置包括弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件，所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件 的第一端與所述的上微流控芯片靠近所述的開口處的側(cè)端連接，所述的弧形有機(jī)聚合物 輸運(yùn)部件的第二端位于所述的下微流控芯片的疏水層的上方且靠近所述的下微流控芯 片的疏水層，所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體輸送的輸運(yùn) 疏水層，所述的輸運(yùn)疏水層與所述的上微流控芯片的疏水層相連通。
所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的曲率半徑大小為2至3毫米。
所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的厚度為0.5 1毫米。
所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端與所述的下微流控芯片的疏水層之間的 間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑且小于數(shù)字微流體的最大直徑的兩至三倍。
5所述的輸運(yùn)疏水層采用的材料為Teflon AF 1600疏水材料。 所述的輸運(yùn)疏水層的厚度大于等于3 //附。
一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的方法，包括以下步驟
① 將兩個(gè)微流控芯片中用于輸出數(shù)字微流體的微流控芯片作為上微流控芯片，將兩 個(gè)微流控芯片中用于接收輸運(yùn)來(lái)的數(shù)字微流體的微流控芯片作為下微流控芯片，上微流 控芯片包括第一壓電基片，第一壓電基片的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置連 接的第一叉指換能器，第一壓電基片的上表面靠近第一叉指換能器的外側(cè)設(shè)置有與第一 叉指換能器對(duì)應(yīng)的第一反射柵，且第一壓電基片的上表面的一側(cè)具有一個(gè)用于輸出數(shù)字 微流體的開口，第一壓電基片的上表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第一疏水層，下微 流控芯片包括第二壓電基片，第二壓電基片的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置 連接的第二叉指換能器，第二壓電基片的上表面靠近第二叉指換能器的外側(cè)設(shè)置有與第 二叉指換能器對(duì)應(yīng)的第二反射柵，第二壓電基片的上表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的 第二疏水層，外部信號(hào)發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和與信號(hào)發(fā)生器 連接的功率放大器，功率放大器連接有切換開關(guān)；
將上微流控芯片連接于一個(gè)用于固定連接導(dǎo)線的上基板上，在上基板上設(shè)置第一引 腳，第一叉指換能器通過(guò)導(dǎo)線與第一引腳相連接，將下微流控芯片連接于一個(gè)用于固定 連接導(dǎo)線的下基板上，在下基板上設(shè)置第二引腳，第二叉指換能器通過(guò)導(dǎo)線與第二引腳 相連接，在上基板與下基板之間設(shè)置支撐塊，通過(guò)支撐塊將上微流控芯片和下微流控芯 片縱向并行排列成一體，將第一引腳和第二引腳分別與切換開關(guān)相連接；
② 將設(shè)置有輸運(yùn)疏水層且曲率半徑大小為2至3亳米的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的 第一端與第一壓電基片靠近開口處的側(cè)端固定連接，使輸運(yùn)疏水層與上微流控芯片的第
一疏水層相連通，同時(shí)保持弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端位于下微流控芯片的第二 疏水層的上方且靠近第二疏水層，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端與第二疏水層之間 的間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑且小于數(shù)字微流體的最大直徑的兩至三倍；
③ 切換切換開關(guān)使功率放大器通過(guò)切換開關(guān)與上基板上的第一引腳連接，開啟信號(hào) 發(fā)生器和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳輸給功率放大器， 功率放大器對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過(guò)切換開關(guān)將放大后的RF電信 號(hào)傳輸給上微流控芯片的第一叉指換能器，上微流控芯片的第一叉指換能器接入RF電 信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波；
④ 上微流控芯片的第一叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)置放于上微流控芯片的第 一疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng) 至開口附近，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的輸 運(yùn)疏水層上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，切換切換開關(guān)使功率放大器通過(guò)切換 開關(guān)與上基板上的第一引腳不相連接；⑤位于輸運(yùn)疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體在重力作用下滑落到下微流控芯片的 第二疏水層上，完成數(shù)字微流體在兩個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明裝置包括一個(gè)弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部 件，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第一端與上微流控芯片靠近開口處的側(cè)端連接，弧形有 機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端位于下微流控芯片的第二疏水層的上方且靠近第二疏水層， 弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體輸送的輸運(yùn)疏水層，輸運(yùn)疏水層 與上微流控芯片的第一疏水層相連通，這樣當(dāng)需將位于第一疏水層上的數(shù)字微流體輸運(yùn) 到第二疏水層上時(shí)，可通過(guò)外部信號(hào)發(fā)生裝置加載RF電信號(hào)到上微流控芯片的第一叉指 換能器上，第一叉指換能器產(chǎn)生聲表面波，聲表面波驅(qū)動(dòng)位于第一疏水層上的數(shù)字微流 體在第一疏水層內(nèi)運(yùn)動(dòng)并使其運(yùn)動(dòng)至開口附近，由于輸運(yùn)疏水層與第一疏水層相連通， 數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到開口附近時(shí)在慣性力作用下運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)疏水層上，再在重力作用下， 位于輸運(yùn)疏水層上的數(shù)字微流體沿著輸運(yùn)疏水層滑落到第二疏水層上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字微流 體在兩個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)，從而使得不能集成于一個(gè)微流控芯片相對(duì)復(fù)雜的微流 體分析系統(tǒng)可集成于兩個(gè)微流控芯片成為現(xiàn)實(shí)，極大地提高了微流控芯片的應(yīng)用范圍。 此外，本發(fā)明裝置及方法可應(yīng)用于疾病診斷、藥物篩選、環(huán)境監(jiān)測(cè)及國(guó)家安全等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
在較為復(fù)雜的微流體分析系統(tǒng)中，通常包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的微流控芯片，每個(gè)微 流控芯片中集成有多個(gè)操作單元，每個(gè)微流控芯片在對(duì)位于其中的數(shù)字微流體進(jìn)行相關(guān) 操作時(shí)有可能需要與位于其他微流控芯片中的數(shù)字微流體共同實(shí)現(xiàn)操作，這樣通常需要 將某一個(gè)微流控芯片上的數(shù)字微流體輸運(yùn)到另一個(gè)需該數(shù)字微流體的微流控芯片上，目 前的數(shù)字微流體輸運(yùn)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)微流控芯片間的數(shù)字微流體的輸運(yùn)，因此本發(fā) 明提出了一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置。
本發(fā)明裝置主要應(yīng)用于兩個(gè)微流控芯片之間，用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)微流控芯片之間的數(shù)字 微流體的輸運(yùn)。圖l給出了本發(fā)明裝置與兩個(gè)微流控芯片的連接關(guān)系，在此將兩個(gè)微流 控芯片中用于輸出數(shù)字微流體的微流控芯片作為上微流控芯片1，將兩個(gè)微流控芯片中 用于接收輸運(yùn)來(lái)的數(shù)字微流體的微流控芯片作為下微流控芯片2。上微流控芯片1包括 第一壓電基片11，第一壓電基片11的上表面為工作表面，第一壓電基片11的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置3連接的第一叉指換能器12，第一壓電基片11的上表 面還設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第一疏水層14，第一壓電基片11的上表面的一側(cè)具 有一個(gè)用于輸出數(shù)字微流體的開口 15，實(shí)際上在第一壓電基片11的上表面上陣列第一 叉指換能器12時(shí)，在其中一側(cè)上少設(shè)置一個(gè)第一叉指換能器即形成開口 15，該開口 15 與開口 15位置相對(duì)一側(cè)上的一個(gè)第一叉指換能器對(duì)應(yīng)，這樣第一壓電基片11的上表面 上的各個(gè)第一叉指換能器12配合工作，可使數(shù)字微流體朝開口處運(yùn)動(dòng)；在第一壓電基 片11的上表面上還可設(shè)置用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置3輸出到第一叉指換能器12上的 RF電信號(hào)功率的第一反射柵(圖中未示出)，第一反射柵的位置靠近第一叉指換能器12 的外側(cè)且與第一叉指換能器12對(duì)應(yīng)，在此，設(shè)置第一反射柵后，加載到第一叉指換能 器12的RF電信號(hào)可相對(duì)較低一點(diǎn)，如果沒(méi)有第一反射柵的情況下，需加載較大功率的 RF電信號(hào)到第一叉指換能器12。第一壓電基片11的下表面連接有一個(gè)能夠用于固定連 接導(dǎo)線的上基板16，上基板16上設(shè)置有第一引腳17,第一叉指換能器12通過(guò)導(dǎo)線與 第一引腳17相連接。
下微流控芯片2包括第二壓電基片21,第二壓電基片21的上表面為工作表面，第 二壓電基片21的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置3連接的第二叉指換能器22， 第二壓電基片21的上表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第二疏水層24;在第二壓電基 片21的上表面上還可設(shè)置用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置3輸出到第二叉指換能器22上的 RF電信號(hào)功率的第二反射柵(圖中未示出)，第二反射柵的位置靠近第二叉指換能器22 的外側(cè)且與第二叉指換能器22對(duì)應(yīng)，在此，設(shè)置第二反射柵后，加載到第二叉指換能 器22的RF電信號(hào)可相對(duì)較低一點(diǎn)，如果沒(méi)有第二反射柵的情況下，需加載較大功率的 RF電信號(hào)到第二叉指換能器22。第二壓電基片21連接有一個(gè)能夠用于固定連接導(dǎo)線的 下基板26，下基板26上設(shè)置有第二引腳27,第二叉指換能器22通過(guò)導(dǎo)線與第二引腳 27相連接。
外部信號(hào)發(fā)生裝置3包括用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器31和與信號(hào)發(fā)生器31 連接的功率放大器32，功率放大器32連接有切換開關(guān)33，切換開關(guān)33分別與第一引 腳17和第二引腳27連接，通過(guò)切換切換開關(guān)33使功率放大器32通過(guò)切換開關(guān)33與 第一引腳17或第二引腳27相連接或斷開，信號(hào)發(fā)生器31、功率放大器32及切換開關(guān) 33均為現(xiàn)有技術(shù)。信號(hào)發(fā)生器31輸出的RF電信號(hào)經(jīng)功率放大器32放大后再經(jīng)切換開 關(guān)33的切換分別分時(shí)加到上微流控芯片1的各個(gè)第一叉指換能器12上和下微流控芯片 2的各個(gè)第二叉指換能器22上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體分別在第一疏水層14或第二疏水層24 內(nèi)的任何位置運(yùn)動(dòng)。
其中，第一叉指換能器12和第一反射柵均采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻于第一壓電 基片11的工作表面上，第二叉指換能器22和第二反射柵均采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻 于第二壓電基片21的工作表面上；第一壓電基片11和第二壓電基片12可采用普通的LiNb03壓電基片或光學(xué)級(jí)LiNbCb壓電基片；連接于第一壓電基片11的下表面的上基 板16和連接于第二壓電基片21的下表面的下基板26均由PCB (Printed Circuit Board, 印刷線路板)板制作而成，PCB板容易固定導(dǎo)線，當(dāng)然上基板16和下基板26也可采用 其他現(xiàn)有的可以固定導(dǎo)線的基板；第一疏水層M為在第一壓電基片11的工作表面上涂 覆一層Teflon AF 1600疏水材料形成的，第二疏水層24為在第二壓電基片21的工作表 面上涂覆一層Teflon AF 1600疏水材料形成的，第一疏水層14和第二疏水層24的厚度
可控制在1//m到3/zm之間，這是為了使第一疏水層14和第二疏水層24有較好的疏水
性能，如果第一疏水層14和第二疏水層24太厚，則當(dāng)?shù)谝徊嬷笓Q能器12或第二叉指 換能器22工作產(chǎn)生聲表面波后，較厚的第一疏水層14和第二疏水層24會(huì)衰減聲表面 波的能量，這樣將導(dǎo)致第一叉指換能器12或第二叉指換能器22產(chǎn)生的聲表面波無(wú)法驅(qū) 動(dòng)數(shù)字微流體，如果疏水層太薄，則其表面張力較大，疏水性能較差。
本發(fā)明的裝置如圖l所示，包括弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn) 部件4的第一端41與上微流控芯片1靠近開口 15處的側(cè)端連接，兩者的連接可采用現(xiàn) 有的粘連技術(shù)進(jìn)行粘連，也可采用其他現(xiàn)有的任意成熟的連接技術(shù)，弧形有機(jī)聚合物輸 運(yùn)部件4的第二端42位于下微流控芯片2的第二疏水層24的上方且靠近第二疏水層24， 弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體輸送的輸運(yùn)疏水層43，輸運(yùn)疏 水層43與上微流控芯片1的第一疏水層14相連通。在此，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4 采用的材料為有機(jī)聚合物。
利用本發(fā)明裝置在上微流控芯片1與下微流控芯片2之間實(shí)現(xiàn)，字微流體的輸運(yùn)， 還需將上微流控芯片1與下微流控芯片2縱向并行排列成一體，在此具體實(shí)施例中，在 上基板16和下基板26之間設(shè)置至少兩個(gè)支撐塊19，這樣當(dāng)相鄰的上微流控芯片1和下 微流控芯片2通過(guò)支撐塊19縱向即垂直于地平線的方向并行排列成一體時(shí)，支撐塊19 將上微流控芯片1和下微流控芯片2隔開，有效保障了各個(gè)微流控芯片的正常工作。此 外，該支撐塊19的長(zhǎng)度需保證弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的第二端42位于下微流控芯 片2的第二疏水層24的上方且靠近第二疏水層24，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的第二 端42與第二疏水層24之間的間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑且小于數(shù)字微流體的最 大直徑的兩至三倍。在此，支撐塊19最好采用絕緣材料制成。
在此具體實(shí)施例中，要求弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的曲率半徑較小，這樣位于輸 運(yùn)疏水層43上的數(shù)字微流體會(huì)因重力作用而沿輸運(yùn)疏水層43滑落，在此，弧形有機(jī)聚 合物輸運(yùn)部件4的曲率半徑大小可設(shè)在2至3毫米范圍內(nèi)，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4 的曲率半徑如果太大，則數(shù)字微流體的重力沿弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的表面切向分 量較小而導(dǎo)致數(shù)字微流體不能沿其表面滑落，如果太小，則不易控制數(shù)字微流體順利輸 運(yùn)到下微流控芯片2的第二疏水層24上，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可將弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn) 部件4的曲率半徑設(shè)為2.5毫米；弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的厚度為0.5至1毫米，如果弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4太薄，則不便于采用現(xiàn)有的粘連技術(shù)將弧形有機(jī)聚合物 輸運(yùn)部件4的第一端41與上微流控芯片1粘連，如果太厚，則弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部 件4的自重較重，將直接影響其與上微流控芯片的粘連牢度，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也可以直 接采用與上微流控芯片1相同的厚度，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的第二端42與下微 流控芯片2的第二疏水層24之間的間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑且小于數(shù)字微流 體的最大直徑的兩至三倍，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可將該間距設(shè)置為數(shù)字微流體的最大直徑的 兩倍，這樣既可保證位于第二疏水層24上的數(shù)字微流體在第二疏水層24上能夠正常運(yùn) 動(dòng)，又能確保通過(guò)輸運(yùn)疏水層43的數(shù)字微流體能夠順利滑落到第二疏水層24上，且不 影響數(shù)字微流體；輸運(yùn)疏水層43為在弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的表面上涂覆一層 Teflon AF 1600疏水材料形成，輸運(yùn)疏水層43的厚度可以設(shè)置地較厚，以減少弧形有機(jī) 聚合物輸運(yùn)部件4對(duì)輸運(yùn)疏水層43的疏水特性的影響，這樣其表面張力較小，疏水性
能較好，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可將輸運(yùn)疏水層43的厚度設(shè)置為大于等于3//附。
應(yīng)用本發(fā)明裝置時(shí)，對(duì)于體積較小如小于5微升的數(shù)字微流體，可采用不相混溶的 油數(shù)字微流體作為輔助微流體實(shí)現(xiàn)小體積數(shù)字微流體在兩微流控芯片間的輸運(yùn)。 使用上述裝置的輸運(yùn)方法，具體包括以下步驟-
①將兩個(gè)微流控芯片中用于輸出數(shù)字微流體的微流控芯片作為上微流控芯片1,將 兩個(gè)微流控芯片中用于接收輸運(yùn)來(lái)的數(shù)字微流體的微流控芯片作為下微流控芯片2，上 微流控芯片1包括第一壓電基片11，第一壓電基片11的上表面的四側(cè)陣列有與外部信 號(hào)發(fā)生裝置3連接的第一叉指換能器12，第一壓電基片11的上表面靠近第一叉指換能 器12的外側(cè)設(shè)置有與第一叉指換能器12對(duì)應(yīng)的第一反射柵，且第一壓電基片11的上 表面的一側(cè)具有一個(gè)用于輸出數(shù)字微流體的開口 15，第一壓電基片11的上表面設(shè)置有 用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第一疏水層14，下微流控芯片2包括第二壓電基片21，第二壓 電基片21的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置3連接的第二叉指換能器22，第 二壓電基片21的上表面靠近第二叉指換能器22的外側(cè)設(shè)置有與第二叉指換能器22對(duì) 應(yīng)的第二反射柵，第二壓電基片21的上表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第二疏水層 24，外部信號(hào)發(fā)生裝置3包括用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器31和與信號(hào)發(fā)生器31 連接的功率放大器32，功率放大器32連接有切換開關(guān)33。
將上微流控芯片1連接于一個(gè)用于固定連接導(dǎo)線的上基板16上，在上基板16上設(shè) 置第一引腳17,第一叉指換能器12的匯流條通過(guò)細(xì)導(dǎo)線經(jīng)壓焊或?qū)щ娿y膠與第一引腳 17相連接，將下微流控芯片2連接于一個(gè)用于固定連接導(dǎo)線的下基板26上，在下基板 26上設(shè)置第二引腳27，第二叉指換能器22的匯流條通過(guò)細(xì)導(dǎo)線經(jīng)壓焊或?qū)щ娿y膠與第 二引腳27相連接，在上基板16與下基板26之間設(shè)置支撐塊19,通過(guò)支撐塊19將上微 流控芯片1和下微流控芯片2縱向并行排列成一體，將第一引腳17和第二引腳27分別 與切換開關(guān)33相連接。這樣，信號(hào)發(fā)生器31輸出的RF電信號(hào)經(jīng)功率放大器32放大后再經(jīng)切換開關(guān)33的切換分別分時(shí)加到上微流控芯片1的各個(gè)第一叉指換能器12上和下 微流控芯片2的各個(gè)第二叉指換能器22上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體分別在第一疏水層14或第 二疏水層24內(nèi)的任何位置運(yùn)動(dòng)。
② 將設(shè)置有輸運(yùn)疏水層43且曲率半徑大小為2至3毫米的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部 件4的第一端41與第一壓電基片11靠近開口 15處的側(cè)端固定連接，使輸運(yùn)疏水層43 與上微流控芯片1的第一疏水層14相連通，同時(shí)保持弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的第 二端42位于下微流控芯片2的第二疏水層24的上方且靠近第二疏水層24，弧形有機(jī)聚 合物輸運(yùn)部件4的第二端42與第二疏水層24之間的間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑 且小于數(shù)字微流體的最大直徑的兩至三倍。
③ 切換切換開關(guān)33使功率放大器32通過(guò)切換開關(guān)33與上基板16上的第一引腳17 連接，開啟信號(hào)發(fā)生器31和功率放大器32，信號(hào)發(fā)生器31輸出RF電信號(hào)并將RF電 信號(hào)傳輸給功率放大器32，功率放大器32對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通 過(guò)切換開關(guān)33將放大后的RF電信號(hào)傳輸給上微流控芯片1的第一叉指換能器12，上 微流控芯片1的第一叉指換能器12接入RF電信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波。
④ 上微流控芯片1的第一叉指換能器12產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)置放于上微流控芯片1 的第一疏水層14上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播 路徑在第一疏水層14內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到開口 15附近的位置時(shí)，再 切換切換開關(guān)33，使與開口 15相對(duì)位置上的第一叉指換能器12工作，該與開口15相 對(duì)位置上的第一叉指換能器12激發(fā)的聲表面波驅(qū)動(dòng)靠近開口 15處的待輸運(yùn)的數(shù)字微流 體，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件4的輸運(yùn)疏水 層43上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器31和功率放大器32,切換切換開關(guān)33使功率放大器32 通過(guò)切換開關(guān)33與上基板16上的第一引腳17不相連接。
⑤ 位于輸運(yùn)疏水層43上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體在重力作用下滑落到下微流控芯片 2的第二疏水層24上，完成數(shù)字微流體在兩個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)。
權(quán)利要求
1、一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，兩個(gè)微流控芯片分別為上微流控芯片和下微流控芯片，所述的上微流控芯片的上表面具有一個(gè)用于輸出數(shù)字微流體的開口，其特征在于在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置包括弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件，所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第一端與所述的上微流控芯片靠近所述的開口處的側(cè)端連接，所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端位于所述的下微流控芯片的疏水層的上方且靠近所述的下微流控芯片的疏水層，所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體輸送的輸運(yùn)疏水層，所述的輸運(yùn)疏水層與所述的上微流控芯片的疏水層相連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其 特征在于所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的曲率半徑大小為2至3毫米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其 特征在于所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的厚度為0.5 1毫米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸 運(yùn)的裝置，其特征在于所述的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端與所述的下微流控芯片 的疏水層之間的間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑且小于數(shù)字微流體的最大直徑的兩 至三倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其 特征在于所述的輸運(yùn)疏水層采用的材料為TeflonAF 1600疏水材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于所述的輸運(yùn)疏水層的厚度大于等于3//m 。
7、 一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的方法，其特征在于包括以下 步驟①將兩個(gè)微流控芯片中用于輸出數(shù)字微流體的微流控芯片作為上微流控芯片，將兩 個(gè)微流控芯片中用于接收輸運(yùn)來(lái)的數(shù)字微流體的微流控芯片作為下微流控芯片，上微流 控芯片包括第一壓電基片，第一壓電基片的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置連 接的第一叉指換能器，第一壓電基片的上表面靠近第一叉指換能器的外側(cè)設(shè)置有與第一 叉指換能器對(duì)應(yīng)的第一反射柵，且第一壓電基片的上表面的一側(cè)具有一個(gè)用于輸出數(shù)字 微流體的開口，第一壓電基片的上表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第一疏水層，下微 流控芯片包括第二壓電基片，第二壓電基片的上表面的四側(cè)陣列有與外部信號(hào)發(fā)生裝置 連接的第二叉指換能器，第二壓電基片的上表面靠近第二叉指換能器的外側(cè)設(shè)置有與第 二叉指換能器對(duì)應(yīng)的第二反射柵，第二壓電基片的上表面設(shè)置有用于數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)的第二疏水層，外部信號(hào)發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和與信號(hào)發(fā)生器 連接的功率放大器，功率放大器連接有切換開關(guān)；將上微流控芯片連接于一個(gè)用于固定連接導(dǎo)線的上基板上，在上基板上設(shè)置第一引 腳，第一叉指換能器通過(guò)導(dǎo)線與第一引腳相連接，將下微流控芯片連接于一個(gè)用于固定 連接導(dǎo)線的下基板上，在下基板上設(shè)置第二引腳，第二叉指換能器通過(guò)導(dǎo)線與第二引腳 相連接，在上基板與下基板之間設(shè)置支撐塊，通過(guò)支撐塊將上微流控芯片和下微流控芯 片縱向并行排列成一體，將第一引腳和第二引腳分別與切換開關(guān)相連接；② 將設(shè)置有輸運(yùn)疏水層且曲率半徑大小為2至3毫米的弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的 第一端與第一壓電基片靠近開口處的側(cè)端固定連接，使輸運(yùn)疏水層與上微流控芯片的第 一疏水層相連通，同時(shí)保持弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端位于下微流控芯片的第二 疏水層的上方且靠近第二疏水層，弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的第二端與第二疏水層之間 的間距為大于數(shù)字微流體的最大直徑且小于數(shù)字微流體的最大直徑的兩至三倍；③ 切換切換開關(guān)使功率放大器通過(guò)切換開關(guān)與上基板上的第一引腳連接，開啟信號(hào) 發(fā)生器和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳輸給功率放大器， 功率放大器對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過(guò)切換開關(guān)將放大后的RF電信 號(hào)傳輸給上微流控芯片的第一叉指換能器，上微流控芯片的第一叉指換能器接入RF電 信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波；④ 上微流控芯片的第一叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)置放于上微流控芯片的第 一疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng) 至開口附近，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件的輸 運(yùn)疏水層上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，切換切換開關(guān)使功率放大器通過(guò)切換 開關(guān)與上基板上的第一引腳不相連接；⑤ 位于輸運(yùn)疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體在重力作用下滑落到下微流控芯片的 第二疏水層上，完成數(shù)字微流體在兩個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在兩個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置及方法，本發(fā)明裝置包括一個(gè)弧形有機(jī)聚合物輸運(yùn)部件，其第一端與上微流控芯片靠近開口處的側(cè)端連接，其第二端位于第二疏水層的上方且靠近第二疏水層，其表面設(shè)置有輸運(yùn)疏水層，輸運(yùn)疏水層與第一疏水層相連通，這樣當(dāng)需將位于第一疏水層上的數(shù)字微流體輸運(yùn)到第二疏水層上時(shí)，可通過(guò)信號(hào)發(fā)生裝置加載RF電信號(hào)到第一叉指換能器上，第一叉指換能器產(chǎn)生聲表面波，聲表面波驅(qū)動(dòng)位于第一疏水層上的微流體運(yùn)動(dòng)并使其運(yùn)動(dòng)至開口附近，在慣性力作用下微流體運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)疏水層上，再在重力作用下，微流體沿著輸運(yùn)疏水層滑落到第二疏水層上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字微流體在兩個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)。
文檔編號(hào)G01N33/50GK101639475SQ20091010160
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者葉麗軍, 章安良, 費(fèi)景臣 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)