一种用于产生声流体镊的装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了用于产生声流体镊的装置，包括：至少一个体声波产生部件，包括由下往上依次设置的底电极、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；其中，所述声流体镊还包括一钝化层；所述钝化层覆盖设置于所述压电层上的未覆盖设置顶电极的部分。由上，本申请的上述装置产生的声流体镊能够实现对分子、纳米粒子和微米尺度的物体进行精确的操作。

A device for generating acoustic fluid tweezers

The embodiment of the present invention discloses a device for generating acoustic fluid tweezers, which comprises at least one body acoustic wave generating component, including bottom electrode, piezoelectric layer and top electrode arranged sequentially from bottom to top, an acoustic reflection part arranged in contact with one side of the body acoustic wave generating component, and an overlapping area of the bottom electrode, piezoelectric layer, top electrode and acoustic reflection part constituting a body acoustic wave generating region. The bottom liner supporting the body acoustic wave generating component; at least one channel, part of the channel cavity covers at least one sound wave action region of the body acoustic wave generating region; the acoustic fluid tweezers also include a passivation layer; the passivation layer covers the uncovered part of the top electrode set on the piezoelectric layer. Above, the acoustic fluid tweezers generated by the above device of this application can realize accurate operation of molecules, nanoparticles and micron-scale objects.

【技术实现步骤摘要】
一种用于产生声流体镊的装置
本专利技术涉及微电子器件领域，特别是指一种用于产生声流体镊的装置。
技术介绍
捕捉和精确地操作微小的粒子乃至单个分子，已经催生了许多用于生物医学物理过程研究的方法，对促进相关领域的基础科学与应用研究产生了重大的影响。在过去的几十年，各种各样的粒子捕捉与操作的技术被开发出来，例如光镊、声镊、磁镊和基于电场控制的一些列技术。其中光镊应用最为广泛，在微纳米粒子操作中体现的高精度、可控性等优势使得其在基础研究中发展成为一个重要的粒子操作工具。但是光镊也存在操作效率低下、温度效应明显、设备操作复杂等一些缺点。为此，在一些应用中，人们开发了其他类型的微纳米粒子“镊”技术来取代光镊。例如声镊具有成本低、操作简单的特点，在粒子分选与捕捉等应用中得到了验证。此外，基于低雷诺数的流体场控制也可以实现对微米尺度乃至量子点的精确控制。同时该技术也存在着操作样本量低、操作相对复杂和实现功能较少等阻碍进一步实用化的技术瓶颈。近年来，利用声波在液体中的衰减产生流体驱动力来形成涡流，进而利用特殊形状的涡流实现对粒子的捕捉与操作逐渐引起人们的注意，并在实用中显示了巨大的应用潜力。其中，利用微气泡的表面振动产生涡流式较早研究的一种涡流产生方式，但是该方法受限于微气泡的工作寿命短，特别是流体中的不稳定性。采用较高频率的表面声波器件产生在微纳流道宽度方向的涡流已经开始用于微纳米粒子的在线捕捉与筛分。但是涡流的尺寸较大，对粒子控制的精度很低，不能满足更多类似光镊操作的应用需求，目前仅限于粒子的在线筛分。因此，能够产生理想形状与大小的涡流，并利用它实现对微纳米粒子的多种操作，是目前所亟需被解决的问题。因此，目前亟需一种用于产生声流体镊的装置，以实现通过该声流体镊对微纳米尺度流体，以及分子、纳米粒子和微米尺度的物体进行精确的操控。
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用于产生声流体镊的装置，以实现通过该声流体镊对微纳米尺度流体，以及分子、纳米粒子和微米尺度的物体进行精确的操控。本专利技术提供一种用于产生声流体镊的装置，包括：至少一个体声波产生部件，包括由下往上依次设置的底电极、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；其中，所述声流体镊还包括一钝化层；所述钝化层覆盖设置于所述压电层上的未覆盖设置顶电极的部分。由上，本申请的上述装置利用超高频声波可以产生的三维涡流阵列，并将其用于实现微纳米流体系统中超快速混合。通过利用涡流阵列的调控可以实现对微纳米粒子的操作。并且，本申请设置一钝化层，设置该钝化层的好处是：(1)钝化层的使用在效果上使得产生的涡流形状更加规则，更加适合微纳米粒子的操作，使得微纳米粒子的操作效果提升；(2)钝化层的存在可以使得流道结构与衬底的键合十分方便(二氧化硅表面与PDMS、玻璃毛细管等键合更方便)。(3)保护了压电层不受流道中的液体伤害(特别是碱性溶液的腐蚀)，提高了器件的应用适应性(使得该系统工作适应的对象范围更广)。本申请还提供一种用于产生声流体镊的装置，包括：至少一个体声波产生部件，包括：底电极、压电层及顶电极；其中，所述底电极和所述顶电极分别设置于所述压电层的下、上两侧，且所述底电极和所述顶电极在垂直方向上没有重叠的部分；且所述压电层与所述底电极重叠的部分与所述顶电极之间形成一间隙；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；一钝化层，所述钝化层覆盖设置于所述压电层上的未覆盖设置顶电极的部分。由上，本申请的上述装置中的间隙，可以使得声场被控制在间隙中，从而涡流分布在间隙之中。其中，间隙的大小可以根据需要进行调整，提供了一种新的涡流产生结构。而且，涡流强度理可以通过间隙的尺寸的大小来调节，更有利于提高调控的方便性。钝化层的作用于前述相同，在此不再赘述。本申请还提供一种用于产生声流体镊的装置，包括：至少一个体声波产生部件，包括：底电极、压电层及顶电极；其中，所述底电极和所述顶电极设置于所述压电层上侧，且所述底电极和所述顶电极在同一水平层；且所述底电极与所述顶电极之间形成一间隙；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，本申请的上述装置的顶电极和底电极都设置于所述压电层的上侧。器件加工更为方便，工艺步骤减少。且本申请的上述装置中同样设置一间隙，可以使得声场被控制在间隙中，从而涡流分布在间隙之中。其中，间隙的大小可以根据需要进行调整，提供了一种新的涡流产生结构。而且，涡流强度理可以通过间隙的尺寸的大小来调节，更有利于提高调控的方便性。优选地，所述装置，还包括：悬置电极，设置于所述压电层的底部，且与所述间隙及所述压电层在垂直方向上重叠。由上，悬置电极的存在使得间隙的电场分布发生了改变，使得主要存在于间隙之中的电场向信号电极移动。实现了另一形式的对电场的调控，进而对生成的声流体镊的调控。因此，悬置电极使得图5结构所实现的声场与图2基本相同。但是图5所示的器件结构更为简单，加工流程更少。优选地，所述装置，还包括：至少一套微流控进样系统，与所述流道腔体连接，用于控制流入流道腔体的微流体的注入量，以及用于控制微流体注入的速度。由上，通过控制微流体的注入量，以及用于控制微流体注入的速度。更有利于生成对分子、纳米粒子和微米尺度的物体进行精确的操控的声流体镊。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，有利于更好的进行声波反射。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。由上，声波反射部还可以是在所述底衬上形成的空腔，利用该空腔进行声波的反射。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。由上，上述设置使得被声波反射部反射后的声波作用于所述流道中液体，产生声流体镊。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100％；所述流道腔体高度为微纳米粒子的直径的2～5倍，或者所述流道腔体高度范围为10nm-10mm或10μm-10mm。由上，对于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100％；是综合考虑了实际器件的加工难易度及产生的声流体镊的操控效果的数值。由上，所述流道腔体高度为微纳米粒子的直径的2～5倍，在此区间范围内可以产生操控效果较好的声流体镊。所述流道腔体高度范围为10nm-10mm或10μm-10mm。在此区间范围内可以产生操控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生声流体镊的装置，其特征在于，包括：至少一个体声波产生部件，包括由下往上依次设置的底电极、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；一钝化层，所述钝化层覆盖设置于所述压电层上的未覆盖设置顶电极的部分。

【技术特征摘要】
1.一种用于产生声流体镊的装置，其特征在于，包括：至少一个体声波产生部件，包括由下往上依次设置的底电极、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；一钝化层，所述钝化层覆盖设置于所述压电层上的未覆盖设置顶电极的部分。2.一种用于产生声流体镊的装置，其特征在于，包括：至少一个体声波产生部件，包括：底电极、压电层及顶电极；其中，所述底电极和所述顶电极分别设置于所述压电层的下、上两侧，且所述底电极和所述顶电极在垂直方向上没有重叠的部分；且所述压电层与所述底电极重叠的部分与所述顶电极之间形成一指定尺寸的间隙；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；一钝化层，所述钝化层覆盖设置于所述压电层上的未覆盖设置顶电极的部分。3.一种用于产生声流体镊的装置，其特征在于，包括：至少一个体声波产生部件，包括：底电极、压电层及顶电极；其中，所述底电极和所述顶电极设置于所述压电层上侧，且所述底电极和所述顶电极在同一水平层；且所述底电极与所述顶电极之间形成一指定尺寸的间隙；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...

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