專利名稱：基于超聲駐波的微流控篩選芯片及其制備方法
專利說(shuō)明本發(fā)明屬于微全分析系統(tǒng)領(lǐng)域。特別涉及一種超聲篩選微流控芯片及其制備方 法。
背景技術(shù)：
微流控芯片技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代，最初應(yīng)用于分析化學(xué)領(lǐng)域，它以微通道為結(jié) 構(gòu)特征，以生命科學(xué)為主要研究對(duì)象，通過(guò)微機(jī)電加工工藝(MEMS)，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的功能包 括樣片預(yù)處理、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等集成在微芯片上，使分析速度得到極大提高，具有集成度 高，試劑消耗少，制作成本低，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，是當(dāng) 前微全分析系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。對(duì)于粒徑小于聲波波長(zhǎng)的流體中的粒子，超聲駐波能對(duì)其進(jìn)行有效的免接 觸式的操控。并且由于聲學(xué)檢測(cè)和操作方法對(duì)活體生物樣本的無(wú)損性，使其成為在微流系 統(tǒng)中研究的新熱點(diǎn)。目前，在微流控系統(tǒng)中，一般通過(guò)濕法刻蝕的方法，在硅片等硬質(zhì)材料 上刻蝕出微網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用脈沖激光器在硅片上鉆孔，再通過(guò)陽(yáng)極鍵合的方式將玻璃鍵合到 刻蝕由微結(jié)構(gòu)的硅片上形成聲波芯片。這種聲波芯片密閉性較好，但它要用到價(jià)值數(shù)百萬(wàn) 的陽(yáng)極鍵合設(shè)備，提高了制備成本。而且在硅片上鉆孔有一定的難度。此外，一旦鍵合完后 芯片不能拆卸，使用時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)降低芯片的作用效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的狀況提供一種制備過(guò)程簡(jiǎn)單、制作成本低 且易清洗的基于超聲駐波的微流控篩選芯片及其制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
1、基于超聲駐波的微流控篩選芯片由載玻片、帶有駐波反應(yīng)腔的硅片、壓電陶瓷通過(guò) 夾具連成一體所構(gòu)成，并且
1)所述的帶有駐波反應(yīng)腔的硅片，其上的駐波反應(yīng)腔由深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)法在 硅片上形成的駐波反應(yīng)溝道及其進(jìn)、出樣孔口所構(gòu)成；
2)所述的載玻片覆蓋在硅片上，其對(duì)應(yīng)硅片上駐波反應(yīng)腔進(jìn)、出樣孔口的位置處對(duì)應(yīng) 開(kāi)有進(jìn)、出樣孔口，且孔壁和孔口周圍鍵合有一層有機(jī)高分子材料；
3)所述的壓電陶瓷耦合在硅片底部，其上、下兩面均設(shè)有信號(hào)連接導(dǎo)線；
4)所述的夾具由螺栓連接的上、下夾板所構(gòu)成；其上夾板覆蓋在載玻片上，
且其對(duì)應(yīng)載玻片上進(jìn)、出樣孔口的位置處開(kāi)有對(duì)應(yīng)的孔口 ；其下夾板置于硅片的底部 且其對(duì)應(yīng)耦合在硅片底部的壓電陶瓷的位置處開(kāi)有對(duì)應(yīng)的孔口。作為上述方案的優(yōu)選條件
1)所述的有機(jī)高分子材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。2)所述的夾板材料為有機(jī)玻璃。3)所述的壓電陶瓷通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂耦合在硅片底部。2、基于超聲駐波的微流控篩選芯片的制備方法由下述步驟所構(gòu)成1)利用深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)法在硅片上部制備所需的駐波反應(yīng)溝 道及其進(jìn)、出樣孔口 ；
2)在壓電陶 瓷的正、反兩面分別引出信號(hào)連接導(dǎo)線后將壓電陶瓷耦合在硅片底部；
3)在載玻片上與硅片上部駐波反應(yīng)腔的進(jìn)、出樣孔口對(duì)應(yīng)的位置處打孔，
然后在其孔位上鍵合一層有機(jī)高分子材料，再在其有機(jī)高分子材料上對(duì)應(yīng)打出孔位；
4)在夾具的上夾板上對(duì)應(yīng)載玻片上進(jìn)、出樣孔口的位置處開(kāi)出便于有機(jī)高
分子材料在載玻片上形成的進(jìn)、出樣孔柱伸出上夾板的孔位，并在夾具的下夾板上對(duì) 應(yīng)鍵合在硅片底部的壓電陶瓷位置處開(kāi)出供壓電陶瓷免受螺栓連接壓力的孔位；
5)將載玻片上的進(jìn)、出樣孔位與硅片上駐波反應(yīng)腔中的進(jìn)、出樣孔口對(duì)準(zhǔn)，
將夾具的上夾板上的孔位對(duì)準(zhǔn)載玻片上的孔位，將夾具的下夾板上的孔位對(duì)準(zhǔn)壓電陶 瓷，然后利用夾具螺栓將上、下夾板連接并上緊。作為上述方案的優(yōu)選方式，所述壓電陶瓷正、反兩面引出的信號(hào)連接導(dǎo)線為導(dǎo)電 膠引出的導(dǎo)線。本發(fā)明超聲駐波的來(lái)源來(lái)自耦合在硅片底部的壓電陶瓷，其工作頻率由自身性質(zhì) 決定。調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的強(qiáng)度和頻率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞等生物活體樣品的分離。本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有方法相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)此裝置加工簡(jiǎn)易，無(wú)需再 在硅片上鉆孔；成本低，制作過(guò)程中不需要價(jià)格昂貴的陽(yáng)極鍵合設(shè)備；超聲駐波場(chǎng)的產(chǎn)生 和調(diào)節(jié)可控；芯片易清洗，反復(fù)使用不影響效率。利用本發(fā)明能夠很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞等生 物活體樣品的分離、捕獲和操縱。據(jù)此，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、藥物科學(xué)和醫(yī)學(xué)等 領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明載玻片、硅片、壓電陶瓷的相對(duì)位置示意圖。圖3是本發(fā)明中夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)(用陽(yáng)極鍵合載玻片與硅片形成超聲篩選芯片)的應(yīng)用效果圖。圖5是本發(fā)明的應(yīng)用效果圖。附圖中1——夾具下層，2——壓電陶瓷片，3——環(huán)氧樹(shù)脂層，
4——硅片，5——載玻片，6——高分子有機(jī)材料層，7——夾具上夾板，8——駐波反應(yīng) 溝道，9——進(jìn)樣口，10——出樣口(樣品收集口)，11—螺栓，12——高分子有機(jī)材料層上 的孔位，13——夾具下夾板上的螺栓孔，14——夾具上夾板上的螺栓孔，15——夾具上夾板 上的開(kāi)孔，16——夾具下夾板上的開(kāi)孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的介紹 一、制備本發(fā)明的產(chǎn)品
1、采用深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)法在硅片(4)內(nèi)制備駐波反應(yīng)溝道(8)及樣品進(jìn)出樣 孔口(9) (10)。2、在壓電陶瓷(2)的正反兩面分別用導(dǎo)電膠引出銅導(dǎo)線，用環(huán)氧樹(shù)脂(3)將壓電 陶瓷耦合在硅片下方。3、在載玻片上相應(yīng)進(jìn)、出樣孔口處(12)用金剛石鉆頭打孔，然后在孔位上鍵合一層聚二甲基硅氧烷PDMS (6)，再在PDMS上用打孔器沿對(duì)應(yīng)的玻璃孔洞上打孔。4、夾具選 用螺栓連接的上、下兩層有機(jī)玻璃板。在其上層有機(jī)玻璃板上對(duì) 應(yīng)載玻片上進(jìn)、出樣孔口的位置處開(kāi)出便于聚二甲基硅氧烷PDMS材料在載玻片上形
成的進(jìn)、出樣孔柱伸出上層有機(jī)玻璃板的孔位。在其下層有機(jī)玻璃板上對(duì)應(yīng)鍵合在硅片下 方的壓電陶瓷位置處開(kāi)出供壓電陶瓷免受螺栓連接壓力的孔位；
5、將載玻片上的進(jìn)、出樣孔位與硅片上駐波反應(yīng)腔中的進(jìn)、出樣孔口對(duì)準(zhǔn)， 將夾具的上層有機(jī)玻璃板上的孔位對(duì)準(zhǔn)載玻片上的孔位，將夾具的下層有機(jī)玻璃上的 孔位對(duì)準(zhǔn)壓電陶瓷，然后利用夾具螺栓將上、下夾板連接并上緊，即得到駐波篩選微流控芯 片。二、本發(fā)明產(chǎn)品與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的效果對(duì)比
附圖4是用陽(yáng)極鍵合制作的超聲篩選微流控芯片(現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品)的應(yīng)用效果圖。 由圖4可見(jiàn)血紅細(xì)胞從原本在溝道兩側(cè)的受污染血漿中被聚集在中間干凈的血漿，并于中 間出口處被收集，而受污染的血漿從兩側(cè)的通道流出。附圖5是本發(fā)明的應(yīng)用效果圖。圖中酵母菌在聲場(chǎng)作用下從靠近溝道側(cè)壁處被 聚集在溝道中心成一字形向前流動(dòng)。從附圖4和附圖5可以看出，本發(fā)明在實(shí)際使用中，與現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品具有相同的效^ ο
權(quán)利要求
一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片，其特征在于由載玻片、帶有駐波反應(yīng)腔的硅片、壓電陶瓷通過(guò)夾具連成一體所構(gòu)成，并且1)所述的帶有駐波反應(yīng)腔的硅片，其上的駐波反應(yīng)腔由深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)法在硅片上形成的駐波反應(yīng)溝道及其進(jìn)、出樣孔口所構(gòu)成；2)所述的載玻片覆蓋在硅片上，其對(duì)應(yīng)硅片上駐波反應(yīng)腔進(jìn)、出樣孔口的位置處對(duì)應(yīng)開(kāi)有進(jìn)、出樣孔口，且孔壁和孔口周圍鍵合有一層有機(jī)高分子材料；3)所述的壓電陶瓷耦合在硅片底部，其上、下兩面均設(shè)有信號(hào)連接導(dǎo)線；4)所述的夾具由螺栓連接的上、下夾板所構(gòu)成；其上夾板覆蓋在載玻片上，且其對(duì)應(yīng)載玻片上進(jìn)、出樣孔口的位置處開(kāi)有對(duì)應(yīng)的孔口；其下夾板置于硅片的底部且其對(duì)應(yīng)耦合在硅片底部的壓電陶瓷的位置處開(kāi)有對(duì)應(yīng)的孔口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片，其特征在于所述的壓電陶瓷通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂耦合在硅片底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片，其特征在于所 述的有機(jī)高分子材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片，其特征在于所 述的夾板材料為有機(jī)玻璃。
5.一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片的制備方法，其特征在于由下述步驟所構(gòu)成1)利用深度反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)法在硅片上部制備所需的駐波反應(yīng)溝道及其進(jìn)、出 樣孔口 ；2)在壓電陶瓷的正、反兩面分別引出信號(hào)連接導(dǎo)線后將壓電陶瓷耦合在硅片底部；3)在載玻片上與硅片上部駐波反應(yīng)腔的進(jìn)、出樣孔口對(duì)應(yīng)的位置處打孔，然后在其孔 位上鍵合一層有機(jī)高分子材料，再在其有機(jī)高分子材料上對(duì)應(yīng)打出孔位；4)在夾具的上夾板上對(duì)應(yīng)載玻片上進(jìn)、出樣孔口的位置處開(kāi)出便于有機(jī)高分子材料在 載玻片上形成的進(jìn)、出樣孔柱伸出上夾板的孔位，并在夾具的下夾板上對(duì)應(yīng)耦合在硅片底 部的壓電陶瓷位置處開(kāi)出供壓電陶瓷免受螺栓連接壓力的孔位；5)將載玻片上的進(jìn)、出樣孔位與硅片上駐波反應(yīng)腔中的進(jìn)、出樣孔口對(duì)準(zhǔn)，將夾具的上 夾板上的孔位對(duì)準(zhǔn)載玻片上的孔位，將夾具的下夾板上的孔位對(duì)準(zhǔn)壓電陶瓷，然后利用夾 具螺栓將上、下夾板連接并上緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片的制備方法，其特征在 于所述壓電陶瓷正、反兩面引出的信號(hào)連接導(dǎo)線為導(dǎo)電膠引出的導(dǎo)線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超聲駐波的微流控篩選芯片及其制備方法。其產(chǎn)品由載玻片、帶有駐波反應(yīng)腔的硅片、壓電陶瓷和夾具所構(gòu)成。硅片上的駐波反應(yīng)腔由深度反應(yīng)離子刻蝕法在硅片上形成的駐波反應(yīng)溝道及其進(jìn)、出樣孔口所構(gòu)成。載玻片覆蓋在硅片上，其與硅片上駐波反應(yīng)腔進(jìn)、出樣孔口對(duì)應(yīng)的位置處開(kāi)有對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出樣孔口，并在其孔壁和孔口周圍鍵合有一層有機(jī)高分子材料。壓電陶瓷耦合在硅片底部，并在其正反面分別引出導(dǎo)線。夾具由螺栓連接的上、下夾板所構(gòu)成，其可將載玻片和硅片緊緊連成一體。本發(fā)明制作過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，具有很高的可控性和可操作性，易于拆卸和清洗，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞等生物活體樣品的分離、捕獲和操縱。
文檔編號(hào)G01N1/28GK101966473SQ201010519669
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者國(guó)世上, 李思晢, 趙興中, 鄧宇亮 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)