一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统技术方案

一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，包括矩形铌酸锂基底，矩形铌酸锂基底的下方贴合有帕尔贴制冷元件，矩形铌酸锂基底的上方一侧蒸镀有聚焦型叉指换能器，聚焦型叉指换能器焦点处的矩形铌酸锂基底上蒸镀有集成式测温热电阻，集成式测温热电阻一侧的矩形铌酸锂基底的上方局部沉积有二氧化硅薄膜，二氧化硅薄膜上通过氧等离子体表面改性键合有Y型PDMS微流道；利用声表面波来促进微流道中微尺度流体的混合，集成式测温热电阻实时检测微流道中反应液的温度并及时反馈给温控系统，通过帕尔贴制冷元件对反应流体的温度进行调节；本发明专利技术完成多种温度敏感的生化酶促微反应，集成度高、便携性好、样本需求少，温度控制精准快速。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统
本专利技术属于微纳制造
，具体涉及一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统。
技术介绍
随着微纳制造技术的不断发展，人们对于各种生化反应的微型化、快速化、集成化、经济化的要求越来越高。微纳制造技术中的声表面波微流控系统能够集成检测电路，同时完成生化反应中混合、反应、检测等环节并实现智能化控制。现有的声表面波微流控系统主要通过改变输入电压来控制反应流体微混合的效率进而控制生化反应的进程。但是提高输入电压的同时，由于声表面波的热效应，使得反应流体的温度逐渐升高，温度的升高则会引起酶的活性降低(甚至失活)，细胞裂解和蛋白质变性等问题，从而导致微尺度下生化反应的进程失去控制。因此，如何实现精准温控下的微尺度流体混合是一个极其重要的问题，现有技术可以实现对微尺度流体混合的控制，但是鲜有对微尺度反应流体的温度进行闭环控制。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，可以实现精准温控下的微尺度流体混合，完成多种温度敏感的生化酶促微反应，集成度高、便携性好、样本需求少，温度控制精准快速。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，包括矩形铌酸锂基底1，矩形铌酸锂基底1的下方贴合有帕尔贴制冷元件6，矩形铌酸锂基底1的上方一侧蒸镀有聚焦型叉指换能器2，聚焦型叉指换能器2焦点处的矩形铌酸锂基底1上蒸镀有集成式测温热电阻3，集成式测温热电阻3一侧的矩形铌酸锂基底1的上方局部沉积有二氧化硅薄膜4，二氧化硅薄膜4上通过氧等离子体表面改性键合有Y型PDMS微流道5；所述的集成式测温热电阻3是包括一条细长的金属线结构9，金属线结构9的两端和测温电极10连接，金属线结构9位于二氧化硅薄膜4底部。所述的矩形铌酸锂基底1材质为128°Y切铌酸锂压电单晶体。所述的聚焦型叉指换能器2由一个圆弧形叉指换能器7和圆弧形布拉格反射栅8组成，其中圆弧形叉指换能器7共由10对指条组成，圆弧形布拉格反射栅8共由5条指条组成，圆弧形叉指换能器7的孔径为10毫米，圆心角度为90度。所述的二氧化硅薄膜4是由PECVD的工艺沉积在矩形铌酸锂基底1的上面。所述的Y型PDMS微流道5为一块固化翻模的PDMS聚合物构成的Y型微流道，长为30毫米，宽为10毫米，高度为5毫米，两侧各有3毫米深的凹槽，Y型微流道的整体高度为200微米，两个次流道的宽度为100微米，长度为5毫米；主流道的宽度为200微米，长度为16微米。所述的Y型PDMS微流道5为哑铃型，使用刀具模型切割固化后的PDMS，键合于矩形铌酸锂基底1中心位置处。所述的矩形铌酸锂基底1高度为500微米，聚焦型叉指换能器2和集成式测温热电阻3高度为100纳米，二氧化硅薄膜4的高度为300纳米，Y型PDMS微流道5的高度为5毫米；帕尔贴制冷元件6的高度为4毫米。所述的金属线结构9是一个宽20微米，长15毫米的双弯折结构。相对于现有技术，本专利技术的有益效果是：反应时，将两种反应液分别通过注射泵通入Y型PDMS微流道5，对聚焦型叉指换能器2施加以经功率放大器放大后的正弦交变电压，聚焦型叉指换能器2激发的声表面行波沿径向传播汇聚于焦点处，最终聚集的声表面波辐射入Y型PDMS微流道5引起声流，从而促进了两种反应液的混合，进而通过改变输入电压来控制生化反应的进程。本专利技术的集成式测温热电阻3的金属线结构9集成在Y型PDMS微流道5的下方，可以实时检测微流道中的反应液的温度并及时反馈给温控系统，最终通过贴合在矩形铌酸锂基底1下方的帕尔贴制冷元件6对反应流体的温度进行调节，对微尺度反应流体的温度进行闭环控制；同时二氧化硅薄膜4有效的阻隔了反应液与集成式测温热电阻3，有良好导热性能的同时，有效地防止集成式测温热电阻3被反应液腐蚀。本专利技术系统集成度高、便携性好、样本需求少，温度控制精准快速，Y型PDMS微流道5可以实现连续流体反应，能够促进多种温度敏感的生物酶促反应。附图说明图1是本专利技术的三维结构视图。图2是本专利技术的俯视图。图3是本专利技术的剖视图。图4是本专利技术的测温热电阻俯视图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：参照图1、图2和图3，一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，包括矩形铌酸锂基底1，矩形铌酸锂基底1的下方贴合有帕尔贴制冷元件6，矩形铌酸锂基底1的上方一侧蒸镀有聚焦型叉指换能器2，聚焦型叉指换能器2焦点处的矩形铌酸锂基底1上蒸镀有集成式测温热电阻3，集成式测温热电阻3一侧的矩形铌酸锂基底1的上方局部沉积有二氧化硅薄膜4，二氧化硅薄膜4上通过氧等离子体表面改性键合有Y型PDMS微流道5；参照图3和图4，所述的集成式测温热电阻3是包括一条细长的金属线结构9，金属线结构9的两端和测温电极10连接，金属线结构9位于二氧化硅薄膜4底部。所述的矩形铌酸锂基底1材质为128°Y切铌酸锂压电单晶体。参照图2，所述的聚焦型叉指换能器2由一个圆弧形叉指换能器7和圆弧形布拉格反射栅8组成，其中圆弧形叉指换能器7共由10对指条组成，圆弧形布拉格反射栅8共由5条指条组成，圆弧形叉指换能器7的孔径为10毫米，圆心角度为90度。所述的二氧化硅薄膜4是由PECVD的工艺沉积在矩形铌酸锂基底1的上面。所述的Y型PDMS微流道5为一块固化翻模的PDMS聚合物构成的Y型微流道，长为30毫米，宽为10毫米，高度为5毫米，两侧各有3毫米深的凹槽，Y型微流道的整体高度为200微米，两个次流道的宽度为100微米，长度为5毫米；主流道的宽度为200微米，长度为16微米。所述的Y型PDMS微流道5为哑铃型，使用刀具模型切割固化后的PDMS(PDMS预聚物和固化剂的质量比为10∶1)，键合于矩形铌酸锂基底1中心位置处。所述的矩形铌酸锂基底1高度为500微米，聚焦型叉指换能器2和集成式测温热电阻3高度为100纳米，二氧化硅薄膜4的高度为300纳米，PDMS微流道5的高度为5毫米；帕尔贴制冷元件6的高度为4毫米。所述的金属线结构9是一个宽20微米，长15毫米的双弯折结构。本专利技术的工作原理为：通过注射泵将两种反应液分别通入Y型PDMS微流道5，对聚焦型叉指换能器2施加以经功率放大器放大后的正弦交变电压，聚焦型叉指换能器2激发的声表面行波沿径向传播汇聚于焦点处，最终聚集的声表面波辐射入Y型PDMS微流道5引起声流，从而促进了两种反应液的混合，进而通过改变输入电压来控制生化反应的进程；随着输入电压的提高，由于声表面波的热效应，使得反应流体的温度逐渐升高，测温热电阻3集成在Y型PDMS微流道5的下方，金属线结构9和测温电极10构成的测温热电阻3可以实时检测Y型PDMS微流道5中的反应液的温度并及时反馈给温控系统，最终通过贴合在矩形铌酸锂基底1下方的帕尔贴制冷元件6对反应流体的温度进行调节。该专利技术系统集成度高、便携性好、样本需求少，温度控制精准快速，Y型PDMS微流道5可以实现连续流体反应，能够促进多种温度敏感的生物酶促反应。本专利技术利用聚焦型声表面行波的声致微流效应，通过聚焦型叉指换能器2，集成了测温热电阻3和Y型PDMS微流道5，能够控制多种连续流体反应的进程，温控系统可以实时监测并调整反应液温度，保证反应在适宜的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，包括矩形铌酸锂基底(1)，其特征在于：矩形铌酸锂基底(1)的下方贴合有帕尔贴制冷元件(6)，矩形铌酸锂基底(1)的上方一侧蒸镀有聚焦型叉指换能器(2)，聚焦型叉指换能器(2)焦点处的矩形铌酸锂基底(1)上蒸镀有集成式测温热电阻(3)，集成式测温热电阻(3)一侧的矩形铌酸锂基底(1)的上方局部沉积有二氧化硅薄膜(4)，二氧化硅薄膜(4)上通过氧等离子体表面改性键合有Y型PDMS微流道(5)；所述的集成式测温热电阻(3)包括一条细长的金属线结构(9)，金属线结构(9)的两端和测温电极(10)连接，金属线结构(9)位于二氧化硅薄膜(4)底部。

【技术特征摘要】
1.一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，包括矩形铌酸锂基底(1)，其特征在于：矩形铌酸锂基底(1)的下方贴合有帕尔贴制冷元件(6)，矩形铌酸锂基底(1)的上方一侧蒸镀有聚焦型叉指换能器(2)，聚焦型叉指换能器(2)焦点处的矩形铌酸锂基底(1)上蒸镀有集成式测温热电阻(3)，集成式测温热电阻(3)一侧的矩形铌酸锂基底(1)的上方局部沉积有二氧化硅薄膜(4)，二氧化硅薄膜(4)上通过氧等离子体表面改性键合有Y型PDMS微流道(5)；所述的集成式测温热电阻(3)包括一条细长的金属线结构(9)，金属线结构(9)的两端和测温电极(10)连接，金属线结构(9)位于二氧化硅薄膜(4)底部。2.根据权利要求1所述的一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，其特征在于：所述的矩形铌酸锂基底(1)材质为128°Y切铌酸锂压电单晶体。3.根据权利要求1所述的一种适用于声表面波微流道的集成式温控系统，其特征在于：所述的聚焦型叉指换能器(2)由一个圆弧形叉指换能器(7)和圆弧形布拉格反射栅(8)组成，其中圆弧形叉指换能器(7)共由10对指条组成，圆弧形布拉格反射栅(8)共由5条指条组成，圆弧形叉指换能器(7)的孔径为10毫米，圆心角度为90度。4.根据权利要求1所述的一种适用于声表面波微...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝晖，白橙，郑腾飞，刘玥，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61