一种全透明的微流控声学体波芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全透明的微流控声学体波芯片及其制备方法。其产品由三块玻璃片和一块压电材料构成。三块玻璃片自上到下堆叠构成的驻波反应腔，上层玻璃片利用激光开有用于流体进出的孔口，并在表面孔口上面键合一块开有对应孔口的较厚的聚二甲基硅氧烷(PDMS)；中层玻璃片上由激光切割穿透玻璃制备了微米级别的沟道；下层玻璃片是完整的玻璃，用于封装腔室。压电材料采用铌酸锂单晶，其上下表面均镀上一层透明掺锡氧化铟(ITO)导电薄膜层并粘在谐振腔下表面，铌酸锂晶片两面经过银浆固化引出两根导线。本发明专利技术所制备的芯片完全透明，可视性极高，可用于细胞/微粒等样本的聚集、分离和操控；本发明专利技术的制备工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种全透明的微流控声学体波芯片及其制备方法
本专利技术属于微全分析系统领域，特别涉及一种全透明的微流控声学体波芯片及其制备方法。
技术介绍
由于微机电加工技术(MicroElectrical-MechanicalSystem,MEMS)的飞快发展，微流控技术的研究也开始得到大家广泛的关注。在这最近的三十年里，基于微加工的微流控芯片已经在物理、化学、生物等领域展示很好的应用前景。微流控芯片由于它具有小型化和易于集成的特点，使得样品的检测，控制和分析多种功能在一个硬币大小的芯片上面完成成为可能。声学微流控芯片由于它具有小型、灵敏度高、生物兼容性高、集成性高、无接触等优势受到了广泛关注，成为了现在研究的热点之一。目前，在微流控系统中，一般通过湿法腐蚀的方法在硅片等硬质材料上刻蚀出微网络结构，用脉冲激光器在硅片上钻孔，再通过阳极键合的方式将玻璃键合到刻蚀由微结构的硅片上形成声波芯片。这种声波芯片密闭性较好，但它要用到价值数百万的阳极键合设备，提高了制备成本，限制了其应用范围。需要使用硅片和耐热玻璃等材料，耗材价格高，另外它只有一个上面是透明的，不利于观察和光学分析鉴定等。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术旨在提供一种制备工艺简单、成本低廉且安全便捷的全透明微流控声学体波芯片及其制备方法。本专利技术制备的芯片所使用的材料均为透明材料，主要选材为玻璃封装作为声波谐振腔，铌酸锂单晶压电材料作为声波产生器，由于本专利技术所使用的材料均为透明材料，组装完成后仍以全透明的状态进行使用，可视性得到极大的提高。在整体上与传统的硅基-玻璃的大不相同，本专利技术的选材全是透明部件，利于光学分析，比如细胞上的相反相位成像，光学拉曼分析等，扩展了微流控芯片的应用范围；此外，本专利技术的选材是普通玻璃，与传统的硅基-玻璃芯片中的需要的特殊玻璃种类，取材更加方便和节约成本；再者，本专利技术工艺上，可用激光大规模加工所需芯片，便于大规模芯片的器件集成化。在使用效果上，本芯片与现有的采用阳极键合制备的芯片相比基本相当。本专利技术的提供技术方案如下：一种全透明的微流控声学体波芯片，由玻璃片堆叠构成的声学谐振腔和压电材料构成，并且：1)所述声学谐振腔由三块玻璃片堆叠形成；2)所述声学谐振腔上层玻璃片开有孔位用于液体进出；3)所述声学谐振腔中层玻璃片设置有微米级别的沟道；4)所述声学谐振腔下层玻璃片结构完整用于谐振腔封装；5)所述的压电材料双面均镀有透明导电薄膜并粘贴于声学谐振腔的底部，并在两面引出两根铜线作为信号输入导线。进一步的，所述1)中三块玻璃片的厚度为300-500微米。进一步的，所述的三层玻璃片之间通过紫外光固化树脂层经紫外光固化进行粘贴。进一步的，所述2)中孔位分为进样口和出样口。进一步的，所述3)中沟道贯穿中层玻璃厚度方向，由一条主沟道和两条与主沟道成45°偏角的鞘流侧沟道组成。该沟道的设计利于内部液体保持层流状态，实现液体中微粒的稳定流动。进一步的，所述5)的压电材料为36°Y切LiNbO3单晶并通过环氧树脂粘合在硅片的底部。进一步的，所述5)的透明导电薄膜为ITO透明导电薄膜；所述压电材料厚度为1毫米。谐振腔、压电材料、粘接剂和导电膜均使用透明材料，使得组装后的芯片也透明，提高可视性。本专利技术的另一目的在于提供一种上述微流控声学体波芯片的制备方法，包括以下步骤：1)切割三块大小相同、厚度为300-500微米的三玻璃片，上层玻璃片经过激光打孔制备用于流体进出的孔口；中层玻璃片上由激光切割穿透玻璃制备微米级别的沟道；下层玻璃片是完整的玻璃，用于封装腔室；2)将紫外光固化树脂分别旋涂于上层玻璃下表面和下层玻璃上表面，然后分别粘贴到中间玻璃的两面，保证孔位对齐，通过紫外光照射固化完成声学谐振腔制备；最后在上层玻璃片孔口上面键合上一块开有对应孔口的聚二甲基硅氧烷(PDMS)块用于液体进出；3)在压电材料上下面镀上导电层并通过环氧树脂粘贴在声学谐振腔的底部，并在两面引出两根铜线作为信号输入导线。上述步骤(3)中的压电材料为铌酸锂单晶；导电层为ITO透明导电薄膜。上述步骤(3)中压电材料两极引出的导线是焊接在压电单晶片上的铜导线。本专利技术体波驻波的来源于粘合在硅片底部的极化的压电材料——铌酸锂单晶，其工作频率由自身性质决定。调节输入信号的强度和频率，可以实现对微粒/细胞等样品的富集、操控和分离。本专利技术的有益效果：1.采用全透明的材料进行组装，极大地提高了光学性性能，使得其用于实时光学分析鉴定成为可能，如相反相位成像技术，光学拉曼分析；2.选材上与传统的硅-玻璃声学体波芯片所需的昂贵的单晶硅片和耐高温硼硅玻璃相比，本专利技术选材为普通玻璃，更加方便与节约成本；3.键合工艺上，不需要昂贵的阳极键合设备，用旋涂UV胶法，操作简单，大大节约成本；4.超声驻波场的产生和调节可控；5.芯片整体操作简单、使用安全便捷，无需在高温高电压的条件下操作；并且可以已较低的价格大规模工业器件集成化发展；6.利用本专利技术能够很容易地实现对微粒/细胞等样品的操纵，捕获，分离等；据此，本专利技术可广泛应用于生命科学、药物科学和医学等领域，如血小板，循环肿瘤细胞，骨髓瘤细胞等血液细胞的捕获和纯化等，对生命科学领域具有重要意义。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术谐振腔和压电铌酸锂单晶的相对位置示意图；图3是现有技术(用阳极键合玻璃片和硅片形成超声体波分选芯片)的应用效果图；图4是本专利技术的应用效果图；附图中：1-36°Y切铌酸锂单晶，2-紫外光固化环氧树脂层，3-玻璃片，4-聚二甲基硅氧烷，5-环氧树脂层，6-微流体沟道，7-进样口，8-出样口。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明，本专利技术的内容完全不限于此。实施例1全透明微流控体波芯片的制备制备步骤如下：1)切割大小相同的三块厚度为300-500微米的玻璃片3，上层玻璃片使用激光开有用于流体进出的进样口7和出样口8，进出样口的数量均为3个；中层玻璃片上由激光切割穿透玻璃凿有微米级别的沟道6，三个进样口7汇聚到中央的通道上再分流到三个出样口8；下层玻璃片是完整的玻璃，用于封装腔室；2)通过匀胶机将紫外光固化环氧树脂层2均匀旋涂在最上面和最下面玻璃表面，然后分别粘贴到中间玻璃的两面，保证上层玻璃和中层玻璃的进出样口的孔位对齐，通过紫外光照射固化进行粘接以完成声学谐振腔制备；最后在上层玻璃片进出样口上键合上一块开有对应孔口的较厚的聚二甲基硅氧烷(PDMS)块4用于液体进出；3)使用铌酸锂单晶作为压电材料，在压电铌酸锂单晶1上下表面均通过磁控溅射镀上ITO导电层并通过环氧树脂5粘贴于声学谐振腔的底部，并在两面引出两根铜线作为信号输入导线。对比例1采用阳极键合设备制作的声学体波芯片使用阳极键合机(WB-100A，苏州美图半导体技术有限公司，中国)制备硅-玻璃的声学体波芯片，键合温度350℃，电压800-1000V，经过高压高温处理后，硅-玻璃中硅原子和氧原子的实现化学键结合，实现芯片中硅片表面和特定玻璃表面实现粘黏，最后实现芯片的封装。实施例2实施例1与对比例1的应用效果对比附图3是对比例1的应用效果图。由图3可见15μm的聚苯乙烯微球在通道中很明显被汇集到两条线上，可以达到粒子聚集和操控的效果。附图4是实施例1的应用效果图。图中15μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全透明的微流控声学体波芯片，其特征在于，由玻璃片堆叠构成的声学谐振腔和压电材料构成，并且：1)所述声学谐振腔由三块玻璃片堆叠形成；2)所述声学谐振腔上层玻璃片开有孔位用于液体进出；3)所述声学谐振腔中层玻璃片设置有微米级别的沟道；4)所述声学谐振腔下层玻璃片结构完整用于谐振腔封装；5)所述的压电材料双面均镀有透明导电薄膜并粘贴于声学谐振腔的底部，并在两面引出两根铜线作为信号输入导线。

【技术特征摘要】
1.一种全透明的微流控声学体波芯片，其特征在于，由玻璃片堆叠构成的声学谐振腔和压电材料构成，并且：1)所述声学谐振腔由三块玻璃片堆叠形成；2)所述声学谐振腔上层玻璃片开有孔位用于液体进出；3)所述声学谐振腔中层玻璃片设置有微米级别的沟道；4)所述声学谐振腔下层玻璃片结构完整用于谐振腔封装；5)所述的压电材料双面均镀有透明导电薄膜并粘贴于声学谐振腔的底部，并在两面引出两根铜线作为信号输入导线。2.根据权利要求1所述的微流控声学体波芯片，其特征在于：所述1)中三块玻璃片的厚度为300-500微米。3.根据权利要求1或2所述的微流控声学体波芯片，其特征在于：所述的三层玻璃片之间通过紫外光固化环氧树脂层经紫外光固化进行粘贴。4.根据权利要求1所述的微流控声学体波芯片，其特征在于：所述2)中孔位分为进样口和出样口。5.根据权利要求1所述的微流控声学体波芯片，其特征在于：所述3)中沟道贯穿中层玻璃片厚度方向，由一条主沟道和两条与主沟道成45°偏角的鞘流侧沟道组成。6.根据权利要求1所述的微流控声学体波芯片，其特征在于：所述5)的压电材料为36°Y切LiNbO3单晶并通过环氧树脂粘合在硅片的底部；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：国世上，舒溪，吴泽政，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42