一种薄膜体声波微流控混合装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种薄膜体声波微流控混合装置。该装置包括：至少一个体声波产生部件，包括依次设置的底电极、压电层及顶电极；与体声波产生部件的一面接触设置的声波反射部；所述底电极、压电层、顶电极及声波反射部相重叠区域构成体声波产生区域；用于支撑所述体声波产生部件的底衬层；至少一个流道，其流道腔体的部分区域覆盖了至少一个体声波产生区域的声波作用区域。由上，本申请能够实现在无需气泡辅助的情况下直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜体声波微流控混合装置
本专利技术涉及微电子器件领域，特别是指一种薄膜体声波微流控混合装置。
技术介绍
近二十年来，微纳流控芯片技术在分子检测、微化学合成、生命科学等众多领域得到了广泛地关注和应用。在微米尺度乃至纳米尺度下，流体表现出了低雷诺数的层流特性。在此条件下，不同流体之间的混合主要依赖分子的扩散，因此这个过程十分缓慢。在微流控系统中，实现分子的高效快速混合，一直是该领域一个持久的主题。混合对于物质的在线合成是必备前提。同时。已有研究证明，混合时间到达毫秒甚至亚毫秒时，有助于观测到蛋白折叠的初始过程，而且具有改变化学反应进程的潜力。因此，在微流控环境下，实现高速、高效混合是研究者们研究的热点之一。目前已经发展了各种各样的微流控混合器。根据混合方式的不同，主要分为被动式混合器和主动式混合器。混合式混合器主要利用了特殊的流道结构，在高速流动的液体中产生二次涡流。这种技术的主要特点是混合性能依赖于流道结构，需要非常高的流速。人们将电场、磁场、声场等外界物理场引入微流控系统，目前发展了一系列主动式的混合器。其中，基于电场的混合手段主要是电泳、电渗透等技术，这种技术对流体的电学特性有着一定的要求，因此比较有局限性。利用磁性微球辅助的磁场混合手段也存在效率较低、操作不便等问题。将声波引入微流控系统中的流体，利用声流体效应产生流体的扰动，进而促进混合也被广泛地研究。值得一提的是，声波操作流体是一种非浸入式的方式，而且不会依赖流体的物理性质，因此具有更加广泛地应用前景。目前，基于声场的微流控混合器主要有微气泡混合器。微气泡混合器通过外界声场，激励嵌入微流控系统的微米级气泡，使之表面发生振动，进而扰动液体。振动的微气泡可以在气泡附近产生封闭的涡流，可以高效地混合流体。但是，这项技术受限于以下因素：一是微气泡的产生于嵌入是一项技术性较强的工作，很不方便；二是气泡稳定存在的时间一般较短，且在流体中很不稳定。因此，这项技术难以推广使用，而且要求流体流速必须在较低范围内。一直以来，在微流控系统中，都尚未解决在无需气泡辅助的情况下如何直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供了一种薄膜体声波微流控混合装置，以实现无需气泡辅助的情况下直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。本专利技术提供一种薄膜体声波微流控混合装置，包括：至少一个体声波产生部件，包括依次设置的底电极、压电层及顶电极；与体声波产生部件的一面接触设置的声波反射部；所述底电极、压电层、顶电极及声波反射部相重叠区域构成体声波产生区域；用于支撑所述体声波产生部件的底衬层；至少一个流道，其流道腔体的部分区域覆盖了至少一个体声波产生区域的声波作用区域。由上，能够实现无需气泡辅助的情况下在流道腔体中直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。优选地，所述流道腔体的水平面投影面积与体声波产生区域的水平面投影面积之比大于或等于10％。由上，此处投影面积等于10％是综合考虑了实际器件的加工难易度及混合效果后的数值。优选地，所述声波反射部包括：设置在体声波产生部件与底衬之间的不同的声阻抗层。优选地，所述声阻抗层包括：低声阻抗层和高声阻抗层；其中，所述低声阻抗层和所述高声阻抗层相间叠加设置；相邻的所述低声阻抗层和高声阻抗层为一组，该组数设置为大于或等于三。由上，有利于进行声波反射。优选地，所述声波反射部包括：在所述底衬上形成的空腔，该空腔背向体声波产生部件的一面开放或被底衬所封闭设置。优选地，所述流道腔体与空腔的腔体一体共用。由上，有利于在产生较好的混合效果的前提下，节省制作薄膜体声波微流控混合器的制作工艺和制作效率。优选地，所述流道设置于与声波反射部相对的体声波产生部件的一面。优选地，所述流道腔体的部分区域覆盖了至少两个体声波产生区域的声波作用区域；由上，有利于产生较好的混合效果。不同的体声波产生区域的位置可如下之一或任意组合设置：沿着流道流体流动方向指定距离排列设置；垂直于流道流体流动方向指定距离排列设置；沿着流道流体流动方向偏转一定度角方向指定距离排列设置。由上，通过对体声波产生区域进行不同的排列设置，有利于产生较好的混合效果。优选地，所述流道腔体高度为10nm-10mm。由上，在此区间范围内微流混合器的混合效果显著。优选地，所述体声波产生部件为工作频率设置为0.5-50GHz的薄膜体声波谐振器或兰姆声波谐振器。由上，在该频率范围内能够实现显著的混合效果。由上可以看出，本专利技术提供了一种薄膜体声波微流控混合装置，实现了无需气泡辅助的直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的薄膜体声波微流控混合装置的立体图结构示意图；图2为图1所示的薄膜体声波微流控混合装置的截面图；图3为本专利技术实施例的薄膜体声波微流控混合装置第二实施例的结构示意图；图4为本专利技术实施例的薄膜体声波微流控混合装置第三实施例的结构示意图；图5为本专利技术实施例的薄膜体声波微流控混合装置第四实施例的结构示意图；图6为本专利技术实施例的流道与薄膜体声波产生区域的俯视图；图7为本专利技术实施例的混合装置的混合指数与混合器工作功率之间的关系图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的区间。为克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种薄膜体声波微流控混合装置，实现了无需气泡辅助的情况下，直接产生封闭式的涡流，有效地实现微流控系统中的混合。实施例一在本实施例的具体实施过程中，流道的特征尺度主要在微米级，因此流道又称微流道。微流道是微流控系统的基本组成单元，是流体操作的载体。如图1所示，为本专利技术所提出的薄膜体声波微流控混合装置的三维示意图。不同的流体样品从M口进入微流道，从N口流出。流体流经薄膜体声波产生区域(即图1中微流道中示出的方块区域)上方。图2为图1中的薄膜体声波产生区域中心位置，沿着垂直于微流道中微流体流通方向的横截面示意图。如图2所示，该薄膜体声波微流控混合装置，包括：底衬层21，其构成材料可以为：硅、二氧化硅、玻璃、砷化镓、PDMS、派瑞林等材料及同类材料。设置于所述底衬层21上的声波反射层22；其中，本实施例的所述声波反射层为声阻抗层。所述声阻抗层包括：低声阻抗层221和高声阻抗层222。其中，所述低声阻抗层和所述高声阻抗层相间叠加设置。一层所述低声阻抗层和一层所述高声阻抗层为一组，该组数设置为大于或等于三。高声阻抗层221和低声阻抗层222则可以由声阻抗不同的硅、二氧化硅、氮化铝、钼等金属、派瑞林等材料搭配组成。设置于所述声波反射层22上的底电极层23；底电极层23可由金、铝、钼、铁、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜体声波微流控混合装置，其特征在于，包括：至少一个体声波产生部件，包括依次设置的底电极、压电层及顶电极；与体声波产生部件的一面接触设置的声波反射部；所述底电极、压电层、顶电极及声波反射部相重叠区域构成体声波产生区域；用于支撑所述体声波产生部件的底衬层；至少一个流道，其流道腔体的部分区域覆盖了至少一个体声波产生区域的声波作用区域。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜体声波微流控混合装置，其特征在于，包括：至少一个体声波产生部件，包括依次设置的底电极、压电层及顶电极；与体声波产生部件的一面接触设置的声波反射部；所述底电极、压电层、顶电极及声波反射部相重叠区域构成体声波产生区域；用于支撑所述体声波产生部件的底衬层；至少一个流道，其流道腔体的部分区域覆盖了至少一个体声波产生区域的声波作用区域。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流道腔体的水平面投影面积与体声波产生区域的水平面投影面积之比大于或等于10％。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声波反射部包括：设置在体声波产生部件与底衬之间的不同的声阻抗层。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述声阻抗层包括：低声阻抗层和高声阻抗层；其中，所述低声阻抗层和所述高声阻抗层相间叠加设置；相邻的所述低声阻抗层和高声阻抗层为一组，该组数设置为大于或等于三。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：段学欣，崔魏巍，杨洋，何美杭，庞慰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12