一种以声表面波为能量源的微反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种以声表面波为能量源的微反应器，在设置于压电基片的工作表面上的疏水层上设置一个微加热单元，微加热单元包括用于容纳甘油微流体的PDMS微槽和用于容纳待反应的微反应物的金属微池，且PDMS微槽的底部紧贴连接于疏水层上，而金属微池则通过一个PDMS固定片悬置于PDMS微槽内，这样设置于压电基片的工作表面上的叉指换能器激发的声表面波对置放于PDMS微槽内的甘油微流体进行辐射，使得甘油微流体温度升高，再经导热性能良好的金属微池对金属微池内的微反应物进行生化反应，本实用新型专利技术利用叉指换能器激发的声表面波和置放于PMDS微槽内的甘油微流体实现了需在高于室温的条件下进行的生化反应，极大地拓展了压电微流控芯片的应用范围。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种微流控芯片中的微反应器，尤其是涉及一种以声表面波为能量源的微反应器。
技术介绍
微流控芯片是将样品预处理、混合、反应、分离和检测等操作单元集成在一个或多个芯片中的微分析系统，以代替传统的实验室工作。微流控芯片因其具有样品用量少、操作简单、能够在较短时间内精确完成从样品制备到结果显示的全过程及能够有效地克服传统的实验室工作中手工操作带来的实验误差等诸多优点，得到国内外微流领域专家的高度关注，并日益成为国际性前沿研究热点，且已在化学分析、DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、 单分子分析、药物筛选、食品安全、环境监测和国家安全等领域中得到越来越多的应用，并随着微流控芯片技术的进一步成熟，其应用范围必将深入到生活的方方面面，因此微流控芯片也曾被称为“影响人类未来的最重要的专利技术之一”。近年来，压电微流控芯片得到快速发展，已经在压电基片上实现了微流体输运、反应物混合、萃取、分离、富集等一系列的微流操作。目前，压电微流控芯片已经发展为微流控学研究的一个重要分支。微反应器是微流控芯片实现微流分析不可缺少的组成部分，同时，微反应器也是食品、医药等行业为降低研究成本而进行反应条件的探索所必需的研究手段。现有的微流控芯片的微反应器中，常见的是在微流控芯片的微通道内实现微流体输运的同时，完成反应物的反应，这种反应方法一般只能适用于常温下就能实现反应物反应的场合，因而无需加热元件。然而，很多生化反应如细胞培养、酶的扩增、部分有机物合成等需要在高于室温的环境下才能进行反应，因此所采用的微反应器必须要有加热单元才能达到反应物的温度要求。在这一类微反应器中，常用的微反应器加热方式主要有通过水浴锅、加热板和集成的加热丝等方式实现。其中，通过水浴锅和加热板方式实现的微反应器，其加热设备简单、制作成本低，但体积大、难以集成于微流控芯片中，有待改进；而集成于微反应器中的加热丝可集成性好，但制作成本较高，且工艺比较复杂，有待完善。声表面波器件因其具有成本低、工艺成熟等一系列优点，已为压电微流控芯片所关注，并将进一步发展。如期刊《微电子机械系统》2008年第17卷第1期147-156 页(Journal of Micro electromechanical systems, Vol. 17 (1)， 2008:147-156) 公开了《基于微液滴油包封微反应器》(《Droplet-Based Micro reactions With Oil Encapsulation》)，该微反应器工作时，进行反应的反应物通过功率放大器放大的RF信号加载到PZT (锆钛酸铅)压电基片的聚焦换能器上激发声波，使得声路径上的反应物喷发微液滴到达其上的玻璃基片的油微液滴上，实现油包封反应物的反应。该微反应器可有效减少反应物蒸发，但不能实现反应物加热，从而限制了该微反应器的应用。为了实现压电微流控芯片的微反应器能够在高于室温条件下进行反应物的生化反应，必须在该微反应器中集成微加热器。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种以声表面波为能量源就能够在高于室温环境下实现生化反应，且结构简单、集成性好、成本低的微反应器。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种以声表面波为能量源的微反应器，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上设置有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上且位于所述的叉指换能器激发的声表面波的声传输路径上设置有疏水层，所述的疏水层上设置有微加热单元，所述的微加热单元包括用于容纳甘油微流体的PDMS微槽和用于容纳待反应的微反应物的金属微池，所述的PDMS微槽具有顶部开口和底部开口，所述的PDMS微槽的底部紧贴连接于所述的疏水层上，所述的PDMS微槽的顶部连接有PDMS固定片，所述的金属微池通过所述的PDMS固定片悬置于所述的PDMS微槽内，所述的金属微池的池口位于所述的PDMS微槽外。所述的金属微池的池口上覆盖有PDMS盖膜或载波片。所述的金属微池的内表面上涂覆有PDMS薄层。所述的PDMS薄层的厚度为1微米 10微米。所述的压电基片的工作表面上设置有用于反射所述的叉指换能器激发的声表面波的反射栅。本技术的微反应器还包括信号发生装置，所述的信号发生装置主要由用于产生RF电信号的信号发生器和与所述的信号发生器连接的功率放大器组成，所述的压电基片的下表面上连接有PCB板，所述的PCB板上设置有引线脚，所述的叉指换能器包括两个汇流条，所述的汇流条通过导线与所述的引线脚相连接，所述的引线脚通过导线与所述的功率放大器相连接。所述的压电基片的工作表面上对称设置有两个所述的叉指换能器，两个所述的叉指换能器具有相同的尺寸。与现有技术相比，本技术的优点在于在设置于压电基片的工作表面上的疏水层上设置一个微加热单元，微加热单元包括用于容纳甘油微流体的PDMS微槽和用于容纳待反应的微反应物的金属微池，且PDMS微槽的底部紧贴连接于疏水层上，而金属微池则通过一个PDMS固定片悬置于PDMS微槽内，这样设置于压电基片的工作表面上的叉指换能器激发的声表面波对置放于PDMS微槽内的甘油微流体进行辐射，使得甘油微流体温度升高， 再经导热性能良好的金属微池对金属微池内的微反应物进行加热，使其发生生化反应，本技术利用叉指换能器激发的声表面波和置放于PMDS微槽内的甘油微流体实现了需在高于室温的条件下进行的生化反应，极大地拓展了压电微流控芯片的应用范围，也为食品、 医药等行业提供了一种高通量、低成本探索反应条件的研究手段。本技术将用于产生热量的甘油微流体和待反应的微反应物分别置放于PDMS微槽和金属微池中，这样可有效避免微反应物被油相污染；并且由于声表面波只对PDMS微槽内的甘油微流体进行辐射， 因此微反应物的活性不会受到影响。本技术的微反应器的金属微池的池口上覆盖有 PDMS盖膜或载波片，这样可以有效地避免微反应物蒸发。此外，本技术的微反应器结构简单、成本低、操作简便，本技术的PDMS微槽本身具有部分粘性，可直接贴合在疏水层上，易于集成。附图说明图1为本技术的微反应器的结构示意图；图2为本技术的微加热单元的透视示意图。具体实施方式以下结合附图实施例对本技术作进一步详细描述。本技术提出的一种以声表面波为能量源的微反应器，如图1和图2所示，其主要包括信号发生装置1和压电基片2，压电基片2的上表面为工作表面，压电基片2的工作表面上采用现有的微电子工艺光刻有两个用于激发声表面波的叉指换能器3和两个用于反射叉指换能器3激发的声表面波以减小RF信号的功率的反射栅4，两个叉指换能器3具有相同尺寸且位于压电基片2的工作表面对称的两侧边缘区域，压电基片2的工作表面上且位于两个叉指换能器3激发的声表面波的声传输路径上设置有疏水层5，即该疏水层5覆盖了两个叉指换能器3激发的声表面波的声传输路径，保证了甘油微流体位于声传输路径上，该疏水层5为在声传输路径上涂覆一层Teflon AF 1600疏水材料形成。疏水层5上设置有微加热单元6，微加热单元6包括用于容纳甘油微流体的PDMS (polydimethylsiloxane, 聚二甲基硅氧烷)微槽61和传热性能良好且用本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种以声表面波为能量源的微反应器，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上设置有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上且位于所述的叉指换能器激发的声表面波的声传输路径上设置有疏水层，所述的疏水层上设置有微加热单元，所述的微加热单元包括用于容纳甘油微流体的ＰＤＭＳ微槽和用于容纳待反应的微反应物的金属微池，所述的ＰＤＭＳ微槽具有顶部开口和底部开口，所述的ＰＤＭＳ微槽的底部紧贴连接于所述的疏水层上，所述的ＰＤＭＳ微槽的顶部连接有ＰＤＭＳ固定片，所述的金属微池通过所述的ＰＤＭＳ固定片悬置于所述的ＰＤＭＳ微槽内，所述的金属微池的池口位于所述的ＰＤＭＳ微槽外。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章安良，韩庆江，尉一卿，张悦，高挺，胡楚，黄昶，黄孝圣，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：实用新型
国别省市：97