一种微流路芯片系列微器件的结构制造技术

本发明专利技术公开一种微流路芯片系列微器件的结构，包括一个气体通道和至少一个液体通道，气体通道和各液体通道之间通过微通道连通；所述微器件为液体压力感受器，包括一个气体通道和一个液体通道，气体通道的一端接气体，气体通道的另一端通过逐渐变窄的微通道和液体通道的一端连通，液体通道的另一端接液体。本发明专利技术由芯片内部的压力数字化的气体微线路控制，利用微孔来阻隔气相和液相，没有任何活动部件，也无需任何特殊的透气或弹性的材料，由气—液两相的压力差来驱动气—液界面从而使微器件实现其传感压力、开关流路、液体有效动力输送等功能，可在硬质材料（如玻璃）上一次蚀刻成型，便于低成本集成大量的微器件。

【技术实现步骤摘要】
一种微流路芯片系列微器件的结构本专利技术是申请日：2010-09-14，申请号：201080069777.3（PCT申请号：PCT/CN2010/076904），名称：“一种微流路芯片系列微器件的结构”的分案申请。
本专利技术涉及微流路芯片制造的
，特别与微流程芯片系列微器件的液体压力感受器结构有关。
技术介绍
芯片实验室(Labonachip)是当前发展很快的可广泛应用于生命科学、化学及物理学等各个领域实验室研究和日常医学检测的具有广阔前景的技术。微流路（在中国也叫微流控）芯片（Microfluidicchip）技术则是芯片实验室中的主干技术。由于微流体是芯片实验室中的物质的运送载体（如水相中的各种溶解化合物，培养基中的细胞等等），如何控制芯片上微通道及各种芯片微器件中的流体进行精确的流动、转移从而驱动微流路芯片的正常工作。因此，微流路芯片中最基本且最重要的组成部件，即微器件（microdevices）就是芯片上微流体的泵（即微泵）、阀（即开关）、感应微流体压力的静压传感器或者感受微流体速度的速度传感器。由于现有的微泵、微阀等微器件的制造工艺复杂，并没有理想的性能，虽然这个领域的研究者一直在为此做出努力，并不断专利技术新技术新工艺，微泵、微阀等微器件的技术缺陷仍旧是限制微流路芯片广泛应用的技术瓶颈。例如，置于芯片外部的泵（而不是芯片内置泵）仍旧是主要的驱动芯片内流体的装置。现有的微器件的设计和运行采用电、磁和隔膜控制等几种方式。例如，电渗泵(electroosmoticpump)或电动力阀（electrokineticgatingvalve），由于电压的直接作用不仅不适用于所有流体系统，也会干扰体系的化学物理环境。如果采用此磁控制，则可采用铁磁流体（ferrofluidicpump）利用外部永磁体的移动控制铁磁流体的移动来进行阀的开关和泵的运行，但铁磁流体本身会与芯片微流路中的流体系统接触，外部的永磁体控制也复杂而不易自动化。目前采用最多的是隔膜控制方法，即利用可形变的材料如PDMS（polydimethylsiloxane），在隔膜外施加压力变化来控制阀和泵的运作。隔膜泵（diaphragmpump）的优点是工作起来可靠有力，类似机械泵，但缺点也很明显，如必须要使用可变性材料作为隔膜，这样就不能避免这种材料可能对系统的污染或干扰，另外隔膜泵本省的复杂使得制造的成本及寿命都不理想。因此，现有的微阀、微泵等微流路芯片关键技术存在以上各种缺陷，特别的，对于玻璃芯片（具有最好的光学品质和化学品质）来说，由于玻璃是不可变形的硬质材料，无法在玻璃芯片上制造内置的泵阀系统，使得玻璃芯片的进一步发展受到极大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微流路芯片系列微器件的结构，使微流路控制最基本的微器件可以在硬质芯片材料中一次蚀刻成型。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种微流路芯片系列微器件的结构，包括一个气体通道和至少一个液体通道，气体通道和各液体通道之间通过微通道连通；所述微器件为液体压力感受器，包括一个气体通道和一个液体通道，气体通道的一端接气体，气体通道的另一端通过逐渐变窄的微通道和液体通道的一端连通，液体通道的另一端接液体。采用上述方案后，本专利技术微流路芯片的最基本微器件（微压力感受器）由芯片内部的压力数字化的气体微线路控制，微器件利用微孔来阻隔气相和液相，没有任何活动部件，也无需任何特殊的透气或弹性的材料，由气——液两相的压力差来驱动气——液界面从而使微器件实现其传感压力、开关流路、液体有效动力输送等功能。微器件可在硬质材料（如玻璃）上一次蚀刻成型，便于低成本集成大量的微器件，也可以在其他材料上采用其他方法达成芯片及这几种基本微器件的结构。附图说明图1a至图1c是液体压力感受器的示意图；图2a至图2c是微阀的示意图；图3a至图3c是微活塞的示意图；图4a至图4b是微泵的示意图；图5a是微阀(MISVA)中气-液界面对气体压力的响应；图5b是不同气压作用下气-液界面在M通道方向上的移动模式；图5c是不同气压作用下气-液界面在左右（L和R）通道方向上的移动模式；图5d是微阀的数字化气压驱动模式；图5e是微阀对数字化气体压力驱动的反应；图6a是微阀在右侧通道压力下的泄漏测试；图6b是微阀承受右侧(R)通道逆向压力的范围；图6c是微阀在左侧(L)和下侧(M)通道压力下的泄漏测试；图6d是微阀承受左侧(R)通道和下侧（M）逆向压力的范围；图7a是微泵推动气泡的动力测试；图7b是微泵不同周期的输出功率；图7c最短泵周期和最大泵输出在反向压力下的变化；图7d泵压头与泵输出速度之间的关系；图8是采用数字化气体压力控制微泵运作的方式。具体实施方式本专利技术揭示的一种微流路芯片系列微器件，在结构设计上，该系列微器件包括一个气体通道和至少一个液体通道，气体通道和各液体通道之间通过微通道（毛细管）连通。本专利技术的理论依据是：微通道中气-液界面在气-液两相的压力差与气-液界面的移动方向有确定的关系，利用这种关系可以达到两个方面的目的：A气-液界面的移动可以反映气-液两相的压力差；B通过控制气-液两相的压力差控制气-液界面的移动。下面以具体实施例进行说明。请参见图1a至图1c是液体压力感受器的示意图。液体压力感受器包括在芯片形成的一个气体通道11和一个液体通道12。气体通道11的一端接气体，感受气体压力，气体通道11的另一端通过逐渐变窄的微通道13（微通道13窄的一端为一小孔）和液体通道12的一端连通，液体通道12的另一端接液体，感受与液体压力。液体压力感受器（MISEN，amicrosurfacetensionsensor)的工作原理是：芯片上的微通道13中间可以容纳气体和液体。由于气——液——固相互间的界面张力不同形成气——液界面的弧形（俗称弯月面），这种具有一定曲率的气——液界面上表面张力的非零净结果需要气液两相间压强的差值来维持平衡，否则界面将会移动。这种效应又称毛细作用。这种毛细作用的强弱随着毛细管直径的减小而增强。对于芯片上的微通道13来说，毛细作用的强度随着相当于毛细管直径的微通道13宽度的缩小而增强。如果在微通道13上设计出宽度逐渐收小的类似于狭长三角形的几何形状，那么，位于该三角形微通道12不同位置的气——液界面将具有不同强度的毛细作用，对应着不同程度的气——液两相的压强差值。这样，在两相压力差的推动下，可观测的气——液界面的位置就显示出了气——液两相的压强差值。当气体的压强固定并已知时，如图1a,降低的液体压强增大了气——液两相的压强差值，使得气——液界面朝液体方向移动（见图1b）。如果液体的压强持续降低，则界面可一直移动到三角形连接液体通道的顶点（图1c）。这个顶点实际上是连通压力感受器(MISEN)和液体通道得微孔（MISTA，amicrosurfacetensionalveolus），微孔中的气——液界面由于具有最大的曲率或毛细作用，使得气——液界面在这里能够被阻挡。这样，气——液界面的位置就显示了以气体的压力，这一段三角形的微通道就执行了压力感受器的任务。如果，液体压力不变，则该感受器可用来测量气体的压强。请参见图2a至图2c是微阀（MISVA，amicrosurfacetensionvalve本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流路芯片系列微器件的结构，其特征在于：包括一个气体通道和至少一个液体通道，气体通道和各液体通道之间通过微通道连通；所述微器件为液体压力感受器，包括一个气体通道和一个液体通道，气体通道的一端接气体，气体通道的另一端通过逐渐变窄的微通道和液体通道的一端连通，液体通道的另一端接液体。

【技术特征摘要】
1.一种微流路芯片系列微器件的结构，其特征在于：所述微器件为液体压力感受器，包括一个气体通道和一个液体通道，气体通道的一端接气体，气体通...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兴跃，
申请(专利权)人：彭兴跃，
类型：发明
国别省市：福建;35