一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置及方法，该装置包括压电基片，压电基片的工作表面的四侧区域上各制作有一排叉指换能器、中央区域上架设有一个阵列式芯片和放置有油相微流体，阵列式芯片包括PDMS聚合体，PDMS聚合体上开设有以阵列方式排布的多个竖直通孔，其下端口上封接有金属传热片形成检测区，金属传热片连接有金属传热柱，PDMS聚合体的底部的四角上各装有PDMS垫块，金属传热柱的底部与压电基片的工作表面互不接触，叉指换能器激发的声表面波作用于油相微流体上，产生的热量经金属传热柱和金属传热片后加热检测区内的微反应液；优点是声表面波间接地加热检测区内的微液，避免了声表面波直接辐射微液对微液中生物分子的活性的影响。

Device and method for micro liquid heating in detection zone of array chip

The invention discloses a device and method for detecting a micro array chip in liquid heating, the device includes a piezoelectric substrate, four side working surfaces of the piezoelectric substrate on the production of a row of interdigital transducer, the central region has a shelf array chip and oil phase the fluid is placed, array chip including PDMS polymer, PDMS polymer is provided with a plurality of vertically arranged in an array mode through hole, the port is sealed with a metal sheet formed of heat detection area, heat transfer metal slice is connected with a metal heat transfer column, four angle PDMS polymer on the bottom with the PDMS pad, work the metal surface heat transfer column bottom and the piezoelectric substrate do not contact each other, interdigital transducer excited surface acoustic wave effect on oil phase micro fluid, the heat generated by the heat transfer and heat transfer sheet metal metal column after heating the detection area of the micro The advantage of the reaction is that the surface acoustic wave indirectly heats the micro fluid in the detection area, avoiding the effect of surface acoustic radiation on the activity of biomolecules in the micro fluid.

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置及方法
本专利技术涉及一种微液加热技术，尤其是涉及一种声表面波实现阵列式芯片的检测区内微液加热的装置及方法。
技术介绍
生物芯片是一门新兴的技术，其能够在单芯片上实现生物量和化学量的批量、快速、精确分析，其突出的优点是器件体积小、试剂消耗量少、能够避免分析中人为引入的误差等，其为众多专家、学者所重视，并已成为分析领域的一个重要研究热点，在生物工程、环境监测、毒品检测和食品安全等领域获得了广泛应用。阵列式芯片是生物芯片的一种重要结构形式，其在基片上构建阵列结构的检测区，以实现批量检测。在生化反应条件的探索性研究中，往往在阵列式的检测区中分别调整不同生化反应条件，以研究外界生化反应条件对检测性能的影响。温度是生化反应的一个重要影响因素，因此，对检测区中的微反应液的温度控制是生物芯片的一个重点研究课题。为此，需要研究阵列式芯片的特定检测区的加热方法及其温度特性。生物芯片的检测区中的微反应液的加热方法有多种。席文柱等专家采用微电子工艺制作PCR生物芯片，并在PCR生物芯片的微反应腔上制作NiCr金属薄膜微型加热器，以满足PCR生物芯片温度特性的要求。戴敬提出了以透明氧化铟锡薄膜玻璃作为加热元件，实现了透明氧化铟锡薄膜玻璃上的微反应液的加热，使微反应液的温度上升50℃。也有专家采用铂电阻和钛电极作为微加热单元，并集成于微流基片上，实现微反应液的加热，并成功地应用于逆转录聚合酶链反应定量检测肿瘤病毒。在此基础上，有学者提出了以铂为材料、应用微电子工艺在玻璃基片上制作了阵列型微加热器，使得检测区中热稳定性和均匀性得到了极大改善。这些在微流分析芯片上集成微加热器可以很好地实现片上微反应液对反应温度的要求，因而，在不同场合得到了应用，但它们无法适用于具有重要地位的压电微流分析芯片上。压电器件由于具有工艺简单、成熟，成本低等优点，已广泛应用于通信领域。近年来，声表面波所具有强大的微流操控能力已逐渐为微流控学专家所充分认识并逐渐得到重视，并在压电基片上实现了微流体输运、混合、萃取、生物分子快速富集等一系列微流操作及微流生化分析。但上述提及的微流分析芯片上微反应液的加热方法都很难在压电微流分析芯片上实现，也无法采用上述方法实现声表面波加热阵列式芯片的任意检测区中的微反应液，因此需要解决目前微流分析芯片中的加热单元与压电基片的相容性问题，以同时提高受热区域受热精准性和灵活性。虽然有文献报道采用声表面波加热压电基片上的微反应液。如期刊《超声、铁电和频率控制IEEE会刊》2005年第52卷第10期1881-1883页(IEEE,Transactionsonultrasonics,FerroelectricsandFrequencycontrol,Vol.52(10),2005:1881-1883)公开了《压电基片上声表面波声流引起的液体热效应》(《LiquidheatingeffectsbySAWstreamingonthepiezoelectricsubstrate》)，它在压电基片上采用微电子工艺制作一对叉指换能器，电信号经功率放大器放大后加到叉指换能器上，激发声表面波，在声传播路径上贴合一滤纸条，滤纸条上进样微液，声表面波在压电基片上传播时，遇到滤纸条上的微液，能量辐射入微液，加热微液，提高微液温度，滤纸条上的微液温度随所加电信号功率增大而增大，并在一定时间内达到动态平衡，即当微液的温度上升到一定温度后，声表面波辐射入微液的能量与微液向外界释放的能量达到平衡，微液的温度不再继续上升。该方法可以有效实现压电基片上的微液加热，可以充分利用压电基片对微液操控能力的优点，但局限于微液紧贴于压电基片上，且声表面波持续直接辐射入微液，将降低微液中生物分子(如酶、蛋白质等)的活性；且无法采用单液滴输运方式来灵活加热微液，灵活性有限，有待改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种声表面波实现阵列式芯片的检测区内微液加热的装置及方法，该装置结构简单、使用方便、体积小、易于集成，且声表面波间接、精准地加热检测区内的微液，避免了声表面波直接辐射微液对微液中生物分子的活性的影响。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于包括压电基片，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面的四侧区域上各制作有一排用于激发声表面波的叉指换能器，所述的压电基片的工作表面的中央区域上架设有一个阵列式芯片，所述的阵列式芯片包括PDMS聚合体，所述的PDMS聚合体上开设有以阵列方式排布的多个竖直通孔，所述的竖直通孔的下端口上封接有金属传热片形成上端开口而下端封闭的用于放置微反应液的检测区，所述的金属传热片的底部连接有金属传热柱，所述的PDMS聚合体的底部的四角上各安装有一个PDMS垫块，所述的PDMS聚合体通过四个所述的PDMS垫块垫高以架设于所述的压电基片的工作表面的中央区域上，且使所述的金属传热柱的底部与所述的压电基片的工作表面互不接触，所述的压电基片的工作表面的中央区域上放置有油相微流体，所述的叉指换能器激发的声表面波作用于所述的油相微流体上，所述的油相微流体产生的热量经所述的金属传热柱和所述的金属传热片导热加热所述的检测区内的微反应液。所述的压电基片的工作表面的每侧区域上制作的一排所述的叉指换能器中，相邻两个所述的叉指换能器之间的间隔距离为0.4～0.6毫米。在此，限定相邻两个叉指换能器之间的间隔距离，是为了确保叉指换能器激发的声表面波能作用于位于压电基片的工作表面的中央区域上的油相微流体上，使油相微流体能够运动到阵列式芯片的任一个检测区的正下方，从而能够利用声表面波和油相微流体实现对该检测区内的微反应液的加热；如果相邻两个叉指换能器之间的间隔距离太大，则极有可能达不到上述目的；如果相邻两个叉指换能器之间的间隔距离太小，则叉指换能器的数量会增大，工艺难度也会增加，从而将导致成本增大。所述的PDMS聚合体的厚度即所述的竖直通孔的高度为2～3毫米。由于竖直通孔的高度与微反应液的量有关，因此PDMS聚合体太厚没必要，而太薄的话若要达到检测区内一定的容量，则要求竖直通孔的直径较大，而这样在阵列式芯片内相同检测数情况下必会增加阵列式芯片的面积，也增加了压电基片的面积，大大提高了该装置的器件成本。所述的金属传热片的尺寸大于所述的竖直通孔的孔径，以完全覆盖住所述的竖直通孔的下端口。在实际设计时可将金属传热片的尺寸设计为大于竖直通孔的孔径1～3毫米，以确保金属传热片能够完全覆盖住竖直通孔的下端口；金属传热片封接竖直通孔的下端口的方式为：在金属传热片的顶部涂覆未固化的PDMS，然后将金属传热片贴于竖直通孔的下端口上，再在100℃的恒温炉中固化，形成了上端开口而下端封闭的检测区。为使金属传热柱的底部与压电基片的工作表面不接触，即需确保金属传热柱的底部略高于压电基片的工作表面，这样需保证金属传热柱的高度与金属传热片的厚度之和略小于PDMS垫块的高度，在实际设计时可使所述的金属传热柱的底部距离所述的压电基片的工作表面0.2～0.5毫米。该装置还包括用于产生RF电信号的信号发生装置、多路拨码开关、PCB板，所述的信号发生装置由用于产生RF电信号的信号发生器及与所述的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于包括压电基片，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面的四侧区域上各制作有一排用于激发声表面波的叉指换能器，所述的压电基片的工作表面的中央区域上架设有一个阵列式芯片，所述的阵列式芯片包括PDMS聚合体，所述的PDMS聚合体上开设有以阵列方式排布的多个竖直通孔，所述的竖直通孔的下端口上封接有金属传热片形成上端开口而下端封闭的用于放置微反应液的检测区，所述的金属传热片的底部连接有金属传热柱，所述的PDMS聚合体的底部的四角上各安装有一个PDMS垫块，所述的PDMS聚合体通过四个所述的PDMS垫块垫高以架设于所述的压电基片的工作表面的中央区域上，且使所述的金属传热柱的底部与所述的压电基片的工作表面互不接触，所述的压电基片的工作表面的中央区域上放置有油相微流体，所述的叉指换能器激发的声表面波作用于所述的油相微流体上，所述的油相微流体产生的热量经所述的金属传热柱和所述的金属传热片导热加热所述的检测区内的微反应液。

【技术特征摘要】
1.一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于包括压电基片，所述的压电基片的上表面为工作表面，所述的压电基片的工作表面的四侧区域上各制作有一排用于激发声表面波的叉指换能器，所述的压电基片的工作表面的中央区域上架设有一个阵列式芯片，所述的阵列式芯片包括PDMS聚合体，所述的PDMS聚合体上开设有以阵列方式排布的多个竖直通孔，所述的竖直通孔的下端口上封接有金属传热片形成上端开口而下端封闭的用于放置微反应液的检测区，所述的金属传热片的底部连接有金属传热柱，所述的PDMS聚合体的底部的四角上各安装有一个PDMS垫块，所述的PDMS聚合体通过四个所述的PDMS垫块垫高以架设于所述的压电基片的工作表面的中央区域上，且使所述的金属传热柱的底部与所述的压电基片的工作表面互不接触，所述的压电基片的工作表面的中央区域上放置有油相微流体，所述的叉指换能器激发的声表面波作用于所述的油相微流体上，所述的油相微流体产生的热量经所述的金属传热柱和所述的金属传热片导热加热所述的检测区内的微反应液。2.根据权利要求1所述的一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于所述的压电基片的工作表面的每侧区域上制作的一排所述的叉指换能器中，相邻两个所述的叉指换能器之间的间隔距离为0.4～0.6毫米。3.根据权利要求1或2所述的一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于所述的PDMS聚合体的厚度即所述的竖直通孔的高度为2～3毫米。4.根据权利要求3所述的一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于所述的金属传热片的尺寸大于所述的竖直通孔的孔径，以完全覆盖住所述的竖直通孔的下端口。5.根据权利要求4所述的一种阵列式芯片的检测区内微液加热的装置，其特征在于所述的金属传热柱的底部距离所述的压电基片的工作表面0.2～0.5毫米。6.根据权利要求1或2所述的一种阵列式芯片的检测区内微液加热的...

【专利技术属性】
技术研发人员：章安良，蔡亚伟，徐跃，催凯凯，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32