一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，包括压电基底、单个叉指换能器、隔膜及PDMS微流道，叉指换能器蒸镀在压电基底上，并将SiO

A surface acoustic wave microfluidic device for particle separation

【技术实现步骤摘要】
一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置
本专利技术属于微纳制造
，涉及一种利用声表面波完成颗粒分离的微流控芯片结构。
技术介绍
微流控是一种在微米或纳米尺寸级别下处理或操纵液体的技术，具有通量高、灵敏度高等优势。通过微流控装置上的叉指换能器可以产生声表面波，进而使流体中的颗粒受到声辐射力而进行相应的运动。所以，微流控技术适合用在颗粒高效分离中，并且分离过程具有非接触、无污染的特点。目前利用微流控进行颗粒分离的方法主要有两种：一是利用一对叉指换能器产生的驻波将混乱颗粒排布成直线(直线与波节或者波腹重合)，再通过另一对叉指换能器形成不同的驻波(波节与波腹的位置不同)，促进颗粒从第一个波节向第二个波节运动，根据体积大运动速度快的原则进行颗粒分离。二是先利用三进一出的流道使混乱颗粒在中间流道直线排布，接着通过一对叉指换能器完成颗粒分离。由于这两种方法使用多个叉指换能器及流道复杂(叉指换能器与微流道的对准要求高)的原因，具有占用面积过大、成本高、设计过程繁琐等缺点，同时也不便于制作和携带。中国专利CN104726331A公开了一种基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法，结合了叉指换能器和微流道结构设计，实现了血细胞与血浆在微流道内的分离，其为了完成分离，沿微流道一侧仅布置一组叉指换能器，但与现有其他基于声表面波的微流控粒子芯片一样，微流道与叉指换能器均沿水平方向铺放于芯片基底上，难以有效减少微流道、叉指换能器等结构在基底上的占用面积。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制作简单、使用方便、成本低的用于颗粒分离的声表面波微流控装置。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，包括压电基底、叉指换能器、电极、隔膜及微流道，所述叉指换能器包括设置在(例如，通过蒸镀)压电基底上的长度不同的第一反射栅和第二反射栅，以及位于第一反射栅与第二反射栅之间的用于向各反射栅(第一及第二反射栅)发射声表面波的叉指结构，隔膜设置在(例如，通过溅射)压电基底除电极设置位置之外的其他部分上，隔膜覆盖叉指换能器，微流道设置在第一反射栅与第二反射栅之间的隔膜对应区域上。优选的，所述微流道包括具有分岔的通道，该通道包括与微流道进口相连的进口段(进口段包括通道水平直线段)、与进口段相连的过渡弧段(过渡弧段由通道水平弧形段构成，通道水平弧形段的末端为通道分岔位置)及与过渡弧段相连的两个以上的出口段(出口段包括位于分岔位置与任意微流道出口之间的通道水平分支段)，过渡弧段向长度较短的反射栅一侧偏转一定角度。优选，所述进口段具体包括用于使进入微流道(例如，单进双出型微流道，该微流道具有一个进口、两个出口，分岔位置与两个出口之间分别连接有通道分支段)的由流体介质所携带的颗粒在经第一反射栅及第二反射栅反射的声表面波的作用(声表面波驻波场)下进行有序流动(例如，沿直线)的第I区段，以及用于对已经形成的有序流动的颗粒在经第一或第二反射栅反射的声表面波的作用(单向声辐射力)下进行流动方向及位置偏移的第II区段，第I区段分别与微流道进口及第II区段相连(形成通道水平直线段)，第II区段与过渡弧段相连。优选的，所述第一反射栅、第二反射栅分别沿与所述颗粒进入微流道后的流向(具体指进口段延伸方向或该段内的颗粒/流体介质混合物的流动方向)相平行的方向延伸，其中，第一或第二反射栅自微流道进口对应位置起至少延伸至过渡弧段起点所对应位置，相应的第二或第一反射栅自微流道进口对应位置起开始延伸，延伸长度较前者短(即两个反射栅中，一个反射栅为长反射栅，另一个反射栅为短反射栅)。优选的，所述叉指换能器由一个或多个直线型叉指结构(直线型叉指结构即叉指结构中与任意一侧汇流条相连的指条可以沿同一直线对称布置)以及位于对应直线型叉指结构两端或一端外侧的不同长度的反射栅组成；直线型叉指结构包括18～20对指条，直线型叉指结构(具体指蒸镀在压电基底上的指条、汇流条等)及反射栅的高度为80～100nm。优选的，所述电极分别位于(例如，蒸镀在压电基底上)直线型叉指结构中两个汇流条的同一端边缘处(与汇流条端部接触)，电极长为0.8～1mm，宽为1.3～1.5mm。优选的，所述第一反射栅及第二反射栅中，长度较长的反射栅(长反射栅)的延伸长度为8～10mm，长度较短的反射栅(短反射栅)的延伸长度为4～5mm。优选的，所述直线型叉指结构两端外侧的反射栅(第一反射栅及第二反射栅)与该叉指结构的对应端的最小距离(根据任意反射栅中距离叉指结构最近的栅线)为反射栅的栅线间距的2倍～4倍(例如，反射栅的栅线间距为20～30μm，反射栅布置在距离叉指结构对应端的40～60μm处)，任意反射栅的栅线条数为3～10条(8～10条更好)，从而使叉指结构产生的声表面波可以有效反射并传播向微流道，以提供颗粒分离所需的足够的声辐射力。优选的，所述微流道中，通道(不包括连接进、出口的竖直部分)的水平长度为15～20mm，其中，过渡弧段(具体指过渡弧段起点位置，即通道水平弧形段始端)位于距离微流道进口7.5～10mm处，通道宽度为400～500μm，通道高度为80～100μm。优选的，所述隔膜为厚度(高度)180～200nm的二氧化硅(SiO2)薄膜，微流道采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)制成(例如，通过注塑模具制作)，隔膜与该微流道通过氧等离子体表面处理实现不可逆键合。优选的，所述压电基底的高度为0.8～1.2mm。优选的，所述压电基底的材质为铌酸锂晶体等压电材料。上述声表面波微流控装置的颗粒分离方法，包括以下步骤：通过施加交变电压使设置在压电基底上的叉指结构产生声表面波，该声表面波在第一反射栅及第二反射栅的反射作用下由向叉指结构对应端外侧的反射栅传播的声表面波转化为向叉指结构传播的声表面波，使进入微流道的颗粒在传播方向相对的声表面波所形成的声表面波驻波作用下进行按序排布，然后在第一反射栅或第二反射栅反射的声表面波(单向声辐射力)作用下，使按序排布的颗粒在流出微流道之前进行流动方向及位置偏移，从而实现颗粒的分离(例如，将流体介质中所携带的不同大小的颗粒分离)。上述分离方法具体包括以下步骤：1)使用流量泵将含有不同直径大小颗粒的流体通入微流道进口，对位于两侧的反射栅(第一反射栅与第二反射栅)之间的一个或多个直线型叉指结构加以一定频率的交变电压，从而在压电基底上的隔膜表面产生声表面波；2)当所述流体流经与两侧的反射栅中长度较短的反射栅长度相同的第I区段时，在由叉指换能器产生的声表面波驻波场中，使所述流体中不同直径大小的颗粒在声辐射力的作用下沿着微流道有序流动；3)经过步骤2)后，当所述流体流经仅受两侧的反射栅中长度较长的反射栅反射的声表面波作用的第II区段时，此时所述流体中不同直径大小的颗粒受到声辐射力的作用，使所述流体中较大的颗粒和较小的颗粒产生流动方向和位置的差异，从而可以(通过过渡弧段流向不同的通道分支段)从不同的微流道出口流出。本专利技术的有益效果体现在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：包括压电基底(1)、叉指换能器、隔膜(4)及微流道(3)，所述叉指换能器包括设置在压电基底(1)上的长度不同的第一反射栅和第二反射栅，以及位于第一反射栅与第二反射栅之间的用于向各反射栅发射声表面波的叉指结构(2)，隔膜(4)设置在压电基底(1)上并覆盖叉指换能器，微流道(3)设置在第一反射栅与第二反射栅之间的隔膜(4)对应区域上。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：包括压电基底(1)、叉指换能器、隔膜(4)及微流道(3)，所述叉指换能器包括设置在压电基底(1)上的长度不同的第一反射栅和第二反射栅，以及位于第一反射栅与第二反射栅之间的用于向各反射栅发射声表面波的叉指结构(2)，隔膜(4)设置在压电基底(1)上并覆盖叉指换能器，微流道(3)设置在第一反射栅与第二反射栅之间的隔膜(4)对应区域上。


2.根据权利要求1所述一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：所述微流道(3)包括具有分岔的通道，该通道包括与微流道进口(32)相连的进口段、与进口段相连的过渡弧段及与过渡弧段相连的两个以上的出口段，过渡弧段向长度较短的反射栅一侧偏转一定角度。


3.根据权利要求2所述一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：所述进口段包括用于使进入微流道(3)的由流体介质所携带的颗粒在经第一反射栅及第二反射栅反射后的声表面波的作用下进行有序流动的区段，以及用于对已经形成的有序流动的颗粒在经第一反射栅或第二反射栅反射的声表面波的作用下进行流动方向偏移的区段。


4.根据权利要求2所述一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：所述第一反射栅、第二反射栅分别沿与颗粒进入微流道(3)后的流向相平行的方向延伸，其中，较长的反射栅至少延伸至过渡弧段起点所对应位置。


5.根据权利要求1所述一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：所述叉指换能器由一个或多个直线型叉指结构(2)以及位于对应直线型叉指结构(2)两端或一端外侧的反射栅组成。


6.根据权利要求1或5所述一种用于颗粒分离的声表面波微流控装置，其特征在于：所述叉指结构(2)两端外侧的反射栅与该叉指结构(2)的对应端的最小距离为反射栅的栅线间距的2倍～4倍。

【专利技术属性】
技术研发人员：郑腾飞，贾长风，王朝晖，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