一种无线微流控传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种无线微流控传感器，包括承载体、至少一对由上电极和下电极组成的电极对，以及两端能分别与上电极和下电极电连接的电感线圈，其中所述承载体内且在上电极和下电极之间还设置有用于容纳待测液体的微流道结构。

【技术实现步骤摘要】
一种无线微流控传感器
本专利技术涉及一种无线微流控传感器，属于传感器研究领域。
技术介绍
微流控技术是指在几十到几百微米管道内操控流体的技术。微流控技术在即时诊断、细胞分析、生物传感、药物代谢、环境检测等领域都有重要应用。作为微流控技术的一个重要应用领域，微流控传感器的研究近年来受到了国内外学者的广泛关注，成为一个涉及化学、流体物理、生物医学、电子信息和新材料等多学科交叉的前沿研究领域。由于现有的微流控传感器的检测结果仍普遍采用光探测法或化学分析法获取，因此需要在制样或测试过程中做荧光标记或化学修饰，且必须结合专业操作人员和昂贵的专业分析设备检测，这已成为限制微流控生物传感器大规模广泛使用的主要瓶颈之一。随着无线通信技术的快速发展，以及移动医疗和可穿戴设备的需求激增，无线化、集成化和智能化成为当前微流控传感器的主要发展趋势。因此，研究低成本、无标记、非侵入式、可快速便捷获取检测结果的无线微流控传感器具有重要意义。基于电感-电容(LC)谐振的LC无线传感器以其工艺简单、载体灵活、价格低廉等优点获得了广泛的研究，LC无线压力、温度、湿度、气体传感器等都已被相继研究报道，尤其在人体健康监测、可穿戴设备、食品智能包装以及手机用气体检测等方面的一系列最新应用研究成果引起了无线传感器研究领域的极大关注，这也显示了LC无线传感器广阔的应用前景。另一方面，现有的微流控技术在微流通道构建方面大都基于有机高聚物基板材料，如聚二甲基硅烷(PDMS)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)等。虽然有机高聚物材料具有柔性、透明、成本低和可加工性好的优点，但其热稳定性相对较差，不适于高温、高压或腐蚀的检测环境，且有机高聚物有可能与微流体溶剂发生化学反应导致微流通道的溶胀和变形等。低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramics,LTCC)具有陶瓷和玻璃等无机非金属材料固有的高熔点、高强度、化学惰性、耐腐蚀等优点，在高温、高压、腐蚀等极端的化学反应和测试条件应用中具有无可比拟的优势。LTCC技术集合了粉体制备、流延、烧结等先进陶瓷工艺技术以及元器件设计与电磁场模拟、打孔、印刷、叠片等电子元器件制造技术，其独特的多层陶瓷工艺，易于构建空腔和微流通道等三维结构，同时，通过多层陶瓷材料与金、银或铜等高电导率的电极材料在900℃以下共烧可以得到电感、电容、滤波器、功分器等无源元器件，也可把这些无源元器件连同IC芯片、天线、传感器、驱动器、加热器、光学探头等集成到LTCC陶瓷基板上，进而实现整个系统的微型化和多功能集成化。因此，LTCC有望成为面向无线微流控传感器应用的理想载体。值得注意的是，目前尚未有基于LTCC技术的无线微流控传感器的研究报道。
技术实现思路
针对现有微流控传感器基板材料化学稳定性差，检测信号和分析方式复杂等问题，本专利技术的目的在于提供一种无线微流控传感器。本专利技术提供了一种无线微流控传感器，包括承载体、至少一对由上电极和下电极组成的电极对，以及两端能分别与上电极和下电极电连接的电感线圈，其中所述承载体内且在上电极和下电极之间还设置有用于容纳待测液体的微流道结构。本专利技术首次将LC谐振天线(其中，上电极、下电极以及至少一个连接在上电极和电极之间的电感线圈形成LC谐振天线)和微流道结构结合在一起，获得了一种无线微流控传感器。由于不同的流体种类和不同浓度的流体具有不同的介电常数，因而在微流道中具有不同的电容值进而呈现不同的LC谐振频率，由此可利用微流道内流体介电常数变化引起LC天线谐振频率变化的原理，实现对不同流体种类和浓度的无线检测。较佳地，所述微流道结构至少具有能贯穿至承载体表面的进口和出口。较佳地，所述上电极和/或下电极平行设置且为平面状，其中上电极设置在承载体的上表面，下电极设置在上电极下方且距离上电极规定距离。又，较佳地，所述电感线圈为平面螺旋电感线圈。又，较佳地，所述上电极和平面螺旋电感线圈的一端连接，且所述下电极通过附加电极或附加导线与平面螺旋电感线圈的另一端连接。又，较佳地，在所述承载体内设置内埋电极用于联接下电极与平面螺旋电感线圈。较佳地，所述微流道结构位于平行的上电极和下电极之间。又，较佳地，所述微流道结构为槽状弯折分布单通道。较佳地，所述无线微流控传感器还包括封接在所述进口的用于引入待测流体的进口软管，以及封接在所述进口的出口软管。较佳地，进口和进口设置在承载体的上表面且分布在上电极的两侧。本专利技术中，承载体的材料可以是低温共烧陶瓷(LTCC)材料、高温共烧陶瓷(HTCC)材料、可加工与多层复合的玻璃、多层复合板等。与现有微流控器件中常用的有机基板材料相比，本专利技术中承载体的材料可具有较高的热稳定性，且具有多层工艺优势，可以集成各种功能元器件，使传感器具有更多的功能，有利于实现传感器的小型化和功能集成化。本专利技术的优选方案为LTCC材料。本专利技术中，上电极、下电极、平面螺旋电感线圈和内埋电极的材质为导电金属材料，优选为金、银或铜，更优选为银。本专利技术利用不同流体种类和不同浓度流体的介电常数不同，因而在微流道中具有不同的电容值，进而呈现不同的LC谐振频率，以此来实现对流体种类和浓度的无线检测。本专利技术所述的传感器不仅对不同介电常数的常见液体溶剂有较高的灵敏度，并且对介电常数差异较小的不同浓度葡萄糖溶液同样有比较高的灵敏度。与现有微流控技术相比，本专利技术所述的无线微流控传感器检测为低成本、无标记、非侵入式的检测方式，可以快速便捷获得检测结果。附图说明图1为本专利技术的无线微流控传感器沿XZ平面的截面示意图；图2为本专利技术的无线微流控传感器沿YZ平面的截面示意图；图3为本专利技术的无线微流控传感器的组成结构示意图图4为本专利技术的无线微流控传感器的平面螺旋电感线圈与上电极的示意图；图5为本专利技术的无线微流控传感器的微流道结构的部分的示意图；图6为本专利技术的无线微流控传感器的下电极的示意图；图7为本专利技术的无线微流控传感器对不同液体的无线测试结果；图8为本专利技术的无线微流控传感器对不同浓度葡萄糖水溶液的无线测试结果。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术中，将LC谐振天线和微流道结合在一起，利用微流道内流体介电常数变化引起LC天线谐振频率变化的原理，实现了对流体种类和浓度的无线检测。在本专利技术一实施方式中，无线微流控传感器的结构如图1-2所示，包括承载体1、至少一对由上电极4和下电极8组成的电极对，以及两端能分别与上电极4和下电极8电连接的电感线圈5。电感线圈5的两端能分别与上电极4和下电极8电连接从而构成LC谐振回路。又，在所述承载体内且在上电极4和下电极8之间还设置有用于容纳待测液体的微流道结构7，微流道结构7至少具有能贯穿至承载体1表面的进口2和出口3(见图3)。待测液体从进口2引入承载体1内的微流道结构7进行检测，继而从出口3流出。应理解，本申请的附图尽管只示出一对对电极，但可以具有多对对电极。优选地，上电极4和/或下电极8平行设置且为平面状，形成平行平面对电极(更优选地设置为在垂直方向上，上电极4和下电极8平面重叠，即形状和尺寸相同)。上电极4优选设置在承载体1的上表面。下电极8设置在上电极4下方且距离上电极4一定距离以能够在上电极4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线微流控传感器，其特征在于，包括承载体、至少一对由上电极和下电极组成的电极对，以及两端能分别与上电极和下电极电连接的电感线圈，其中所述承载体内且在上电极和下电极之间还设置有用于容纳待测液体的微流道结构。

【技术特征摘要】
1.一种无线微流控传感器，其特征在于，包括承载体、至少一对由上电极和下电极组成的电极对，以及两端能分别与上电极和下电极电连接的电感线圈，其中所述承载体内且在上电极和下电极之间还设置有用于容纳待测液体的微流道结构。2.根据权利要求1所述的无线微流控传感器，其特征在于，所述微流道结构至少具有能贯穿至承载体表面的进口和出口。3.根据权利要求1或2所述的无线微流控传感器，其特征在于，所述上电极和/或下电极平行设置且为平面状，其中上电极设置在承载体的上表面，下电极设置在上电极下方且距离上电极规定距离。4.根据权利要求1-3中任一项所述的无线微流控传感器，其特征在于，所述电感线圈为平面螺旋电感线圈。5.根据权利要求4所述的无线微流控传感器，其特征在于，所述上电极和平面螺旋电感线圈的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马名生，梁永源，刘志甫，李永祥，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31