專利名稱：一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流控芯片中的微流開關(guān)，尤其是涉及一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)。
背景技術(shù)：
微流控芯片是一個(gè)跨學(xué)科的新領(lǐng)域，以分析化學(xué)為基礎(chǔ)，以微機(jī)電加工技術(shù)為依托，以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，以生命科學(xué)為目前主要應(yīng)用對(duì)象，是當(dāng)前微型全分析系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。微流控芯片的目標(biāo)是把整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、 分離、檢測(cè)等集成在微芯片上，且可多次使用，從而交叉實(shí)現(xiàn)化學(xué)分析系統(tǒng)從試樣處理到檢測(cè)的整體微型化、自動(dòng)化、集成化與便攜化，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室工作。微流控芯片具有液體流動(dòng)可控、消耗試樣和試劑極少、分析速度大幅度提高等優(yōu)點(diǎn)，它不僅可使珍貴的生化試樣與試劑消耗量大大降低到微升甚至納升量級(jí)，而且可使分析速度成十倍百倍地提高， 費(fèi)用成十倍百倍地下降，從而為分析測(cè)試技術(shù)普及到千家萬戶，實(shí)現(xiàn)分析實(shí)驗(yàn)室的“家庭化”、“個(gè)人化”創(chuàng)造了條件。由于微流控芯片在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，因此其已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。鑒于微流控芯片所具有的廣泛功能與用途，以微流控芯片為核心的微分析系統(tǒng)將取代當(dāng)前化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室的很多設(shè)備，使化學(xué)分折進(jìn)入病房、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)甚至家庭。最終能監(jiān)測(cè)自身生化指標(biāo)及基因變異、食品衛(wèi)生及環(huán)境狀況的便攜式“個(gè)人化驗(yàn)室”將可能成為現(xiàn)實(shí)。近年來， 壓電微流控芯片得到了快速發(fā)展，已經(jīng)在其壓電基片上實(shí)現(xiàn)了微流體輸運(yùn)、分離、富集等一系列的微流操作。目前，壓電微流芯片已經(jīng)發(fā)展成為微流控學(xué)研究的一個(gè)重要分支。微流開關(guān)是微流控芯片重要的組成部分，它可以控制微流體在特定的時(shí)間和特定的微通道內(nèi)輸運(yùn)?，F(xiàn)有的以玻璃、石英、金屬、PMMA (Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、塑料等為基底材料制作的微流控芯片，微流體在微通道內(nèi)的輸運(yùn)主要依靠微泵、微閥等單元來實(shí)現(xiàn)微流控制，不僅制作工藝復(fù)雜，而且需要體積較為龐大的微流體驅(qū)動(dòng)設(shè)備，難以集成，不易攜帶。紙基微流器件的出現(xiàn)，解決了這些微流器件中微流體輸運(yùn)產(chǎn)生的問題，它利用紙基片內(nèi)纖維素的毛細(xì)管力實(shí)現(xiàn)微流體輸運(yùn)。紙基微流器件的工藝簡(jiǎn)單、成本極低，為市場(chǎng)潛力十分巨大的即時(shí)檢驗(yàn)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)有的紙基微流器件中，控制微流體在微通道內(nèi)輸運(yùn)主要采用機(jī)械力或電磁力等實(shí)現(xiàn)微流開關(guān)功能，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。如期刊 《片上實(shí)驗(yàn)室》2010年2499-2504頁(yè)(Lab Chip, 2010, 10，2499 - 2504)公開了《基于紙禾口月交^j 白勺"SJIS禾呈K?！?((Programmable diagnostic devices made from paper and tape》)，該論文公開的微流開關(guān)由多層紙基片構(gòu)成，其工作時(shí)，用筆尖按住上面的第一紙基微通道并與下面的第二紙基微通道接觸，微流體通過上面的第一紙基微通道流入下面的第二紙基微通道，微流體基于紙毛細(xì)管力使其定向流動(dòng)，再用筆尖按住上面的第三紙基微通道并與下面的第二紙基微通道接觸，微流體便可以從下面的第二紙基微通道流動(dòng)到上面的第三紙基微通道上，如此反復(fù)，用筆尖的按壓作為微流體輸運(yùn)的開關(guān)特性。這種微流開關(guān)操作簡(jiǎn)單、制作成本低、且無需外圍氣泵等設(shè)備，因而便于攜帶。但由于它需要外加機(jī)械力來控制開關(guān)的閉合，因此不利于微流自動(dòng)分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且易于編程控制和利于集成化的紙基微流開關(guān)，它由聲表面波來控制開關(guān)功能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于包括壓電基片，所述的壓電基片的上表面為工作表面，所述的壓電基片的工作表面的兩側(cè)區(qū)域上對(duì)稱設(shè)置有用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器，所述的壓電基片的工作表面上還設(shè)置有開關(guān)組件，所述的開關(guān)組件包括PDMS微架和位于所述的PDMS微架的上方的塑料片，所述的塑料片的下表面上設(shè)置有第一紙基微通道和與所述的第一紙基微通道互不接觸的第二紙基微通道，所述的PDMS微架主要由兩個(gè)固定于所述的壓電基片上的支撐腳和設(shè)置于兩個(gè)所述的支撐腳上的固定片組成，所述的壓電基片位于所述的固定片的正下方的區(qū)域構(gòu)成微液滴置放區(qū)域，所述的微液滴置放區(qū)域位于兩個(gè)所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上，所述的微液滴置放區(qū)域上設(shè)置有疏水層，所述的固定片上設(shè)置有兩個(gè)微孔，兩個(gè)所述的微孔內(nèi)連接有一個(gè)折疊紙基微通道，所述的折疊紙基微通道位于所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道的下方，所述的折疊紙基微通道具有折疊部分和未折疊部分，所述的折疊紙基微通道的折疊部分位于所述的固定片的上方，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的兩端分別固定于兩個(gè)所述的微孔內(nèi)，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分位于所述的固定片的下方呈自然下垂弧形狀，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端對(duì)準(zhǔn)置放于所述的疏水層上的微液滴，兩個(gè)所述的叉指換能器激發(fā)的相向的聲表面波未作用于所述的微液滴時(shí)，所述的折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部與所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道均互不接觸；兩個(gè)所述的叉指換能器激發(fā)的相向的聲表面波作用于所述的微液滴時(shí)，所述的微液滴發(fā)生形變而增高并與所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端接觸，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分吸收所述的微液滴，所述的微液滴輸運(yùn)至所述的折疊紙基微通道的折疊部分的折角處時(shí)所述的折疊紙基微通道的折疊部分的高度增加促使所述的折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部分別與所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道接觸。所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的兩端各自通過一個(gè)PDMS微楔分別固定于兩個(gè)所述的微孔內(nèi)。所述的第一紙基微通道與所述的第二紙基微通道相向設(shè)置于所述的塑料片的下表面上，所述的第一紙基微通道與所述的第二紙基微通道相向一端之間的間距為0. 5 Imm0所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道相向一端之間的間隔區(qū)域的中心與所述的折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部的中心對(duì)準(zhǔn)。所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端與所述的微液滴的最頂端之間的距離為0. 5 1. 5mm,所述的微液滴的大小為4 μ L 6 μ L。所述的塑料片的下表面上還設(shè)置有微流體引入紙基微通道，所述的微流體引入紙基微通道與所述的第一紙基微通道連接。
所述的塑料片的兩端分別通過PDMS墊塊與所述的壓電基片固定連接。所述的PDMS微架、所述的PDMS微楔和所述的PDMS墊塊均主要由體積比為(5 12) 1的道康寧184的單體和固化劑混合制備而成。所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有用于反射所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的反射柵，所述的叉指換能器連接有信號(hào)發(fā)生裝置，所述的信號(hào)發(fā)生裝置主要由用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和與所述的信號(hào)發(fā)生器連接的功率放大器組成，兩個(gè)所述的叉指換能器具有相同的尺寸，所述的叉指換能器包括兩個(gè)匯流條，所述的匯流條與所述的功率放大器相連接。所述的壓電基片的下表面上連接有PCB板，所述的PCB板上設(shè)置有引線腳，所述的匯流條通過導(dǎo)線與所述的引線腳相連接，所述的引線腳通過導(dǎo)線與所述的功率放大器相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1)通過在壓電基片上設(shè)置一個(gè)開關(guān)組件，該開關(guān)組件包括PDMS微架和位于PDMS微架的上方的塑料片，塑料片的下表面上設(shè)置有第一紙基微通道和與第一紙基微通道互不接觸的第二紙基微通道，PDMS微架主要由兩個(gè)固定于壓電基片上的支撐腳和設(shè)置于兩個(gè)支撐腳上的固定片組成，壓電基片位于固定片的正下方的區(qū)域構(gòu)成微液滴置放區(qū)域，微液滴置放區(qū)域位于兩個(gè)叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上，微液滴置放區(qū)域上設(shè)置有疏水層，固定片上設(shè)置有兩個(gè)微孔，兩個(gè)微孔內(nèi)連接有一個(gè)折疊紙基微通道，折疊紙基微通道位于第一紙基微通道和第二紙基微通道的下方，折疊紙基微通道具有折疊部分和未折疊部分，折疊紙基微通道的折疊部分位于固定片的上方，折疊紙基微通道的未折疊部分的兩端分別固定于兩個(gè)微孔內(nèi)，折疊紙基微通道的未折疊部分位于固定片的下方呈自然下垂弧形狀，折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端對(duì)準(zhǔn)置放于疏水層上的微液滴，這樣叉指換能器激發(fā)的聲表面波對(duì)微液滴進(jìn)行輻射時(shí)，可使微液滴發(fā)生形變而增高，微液滴增高后與未折疊部分的最低端接觸被折疊紙基微通道吸收，微液滴在折疊紙基微通道中輸運(yùn)，當(dāng)微液滴輸運(yùn)到折疊紙基微通道的折角處時(shí)，折角增加使得折疊紙基微通道的高度發(fā)生變化，使得折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部與第一紙基微通道和第二紙基微通道接觸，使得第一紙基微通道中的微流體經(jīng)由折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部到達(dá)第二紙基微通道中，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)紙基微通道的連通，這種利用微液滴的高度變化來控制紙基微流開關(guān)的閉合與斷開的方式，由于聲表面波由RF電信號(hào)激發(fā)，因此只要編程控制RF電信號(hào)，即可控制聲表面波的有或無，方便地實(shí)現(xiàn)了紙基微流開關(guān)的可編程特性，同時(shí)極大地拓展了壓電微流控芯片的應(yīng)用范圍。2)本發(fā)明應(yīng)用微流體受到兩相向聲表面波輻射力作用，即利用聲表面波作為能量源促使微液滴發(fā)生形變，微液滴發(fā)生形變而增高時(shí)使得折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部分別與第一紙基微通道和第二紙基微通道接觸，從而使得位于第一紙基微通道上的微流體流動(dòng)到折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部分上，再?gòu)恼郫B紙基微通道的折疊部分的第一折部分流動(dòng)到第二紙基微通道上，實(shí)現(xiàn)了微流體的輸運(yùn)過程。3)本發(fā)明的紙基微流開關(guān)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)便，且由于其利用聲表面波來控制開關(guān)的閉合與斷開，利于集成到微流控芯片中；本發(fā)明的PDMS微架本身具有部分粘性，可直接貼合在疏水層上，易于集成；本發(fā)明的紙基微流開關(guān)的開關(guān)功能無需依靠機(jī)械力，便于微流自動(dòng)分析
4)本發(fā)明的紙基微流開關(guān)可應(yīng)用于疾病診斷、藥物篩選、環(huán)境監(jiān)測(cè)及食品安全等微流控芯片中。


圖1為本發(fā)明的紙基微流開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的紙基微流開關(guān)的局部透視示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明提出的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，如圖所示，其主要包括信號(hào)發(fā)生裝置1和壓電基片2，壓電基片2的上表面為工作表面，壓電基片2的工作表面上采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻有兩個(gè)用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器3和兩個(gè)用于反射叉指換能器3激發(fā)的聲表面波以減小RF信號(hào)的功率的反射柵4，兩個(gè)叉指換能器3具有相同尺寸且位于壓電基片2的工作表面對(duì)稱的兩側(cè)邊緣區(qū)域上，反射柵4的位置更靠近壓電基片2的側(cè)端。壓電基片2的工作表面上還設(shè)置有開關(guān)組件5，開關(guān)組件5包括PDMS (polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)微架51和位于PDMS微架51的上方的塑料片 52，塑料片52的下表面上設(shè)置有第一紙基微通道521和與第一紙基微通道521互不接觸的第二紙基微通道522，PDMS微架51主要由兩個(gè)固定于壓電基片2上的支撐腳511和一體設(shè)置于兩個(gè)支撐腳511上的固定片512組成，壓電基片2位于固定片512的正下方的區(qū)域構(gòu)成微液滴置放區(qū)域53，微液滴置放區(qū)域53位于兩個(gè)叉指換能器3激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上，微液滴置放區(qū)域53上設(shè)置有疏水層M，在實(shí)際處理過程中疏水層M可設(shè)置的更大一點(diǎn)，即可使該疏水層M覆蓋兩個(gè)叉指換能器3激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑，保證了置放于疏水層M上的微液滴56位于聲傳輸路徑上，該疏水層M為在聲傳輸路徑上涂覆一層 Teflon AF 1600疏水材料形成，固定片512上設(shè)置有兩個(gè)微孔513，兩個(gè)微孔513內(nèi)連接有一個(gè)折疊紙基微通道55，折疊紙基微通道55位于第一紙基微通道521和第二紙基微通道 522的下方，折疊紙基微通道55具有折疊部分551和未折疊部分552，圖1和圖2中給出了三折的折疊部分陽1，該折疊部分551包括三個(gè)折部和兩個(gè)折角，第三個(gè)折部與未折疊部分 552的一端相連接且連接處也構(gòu)成一個(gè)折角，折疊紙基微通道55的折疊部分551位于固定片512的上方，折疊紙基微通道55的未折疊部分552的兩端分別固定于兩個(gè)微孔513內(nèi)， 折疊紙基微通道55的未折疊部分552位于固定片512的下方呈自然下垂弧形狀，折疊紙基微通道55的未折疊部分552的最低端對(duì)準(zhǔn)置放于疏水層M上的微液滴56。當(dāng)兩個(gè)叉指換能器3激發(fā)的相向的聲表面波未作用于微液滴56時(shí)，折疊紙基微通道55的折疊部分551 的第一折部陽3與第一紙基微通道521和第二紙基微通道522均互不接觸；當(dāng)兩個(gè)叉指換能器3激發(fā)的相向的聲表面波作用于微液滴56時(shí)，微液滴56發(fā)生形變而增高并與折疊紙基微通道55的未折疊部分552的最低端接觸，折疊紙基微通道55的未折疊部分552吸收微液滴56，微液滴56輸運(yùn)至折疊紙基微通道55的折疊部分551的折角處時(shí)折疊紙基微通道陽的折疊部分的高度增加促使折疊紙基微通道陽的折疊部分的第一折部陽3 分別與第一紙基微通道521和第二紙基微通道522接觸。
在此具體實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生裝置1主要由用于產(chǎn)生RF(Radic) Frequency，射頻) 電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器11和與信號(hào)發(fā)生器11連接的功率放大器12組成，壓電基片2的下表面上連接有PCB板7，PCB板7上設(shè)置有多個(gè)引線腳71，叉指換能器3包括兩個(gè)匯流條31， 匯流條31通過導(dǎo)線經(jīng)壓焊或?qū)щ娿y膠等方式與引線腳71相連接，引線腳71通過導(dǎo)線與功率放大器12相連接，信號(hào)發(fā)生器11輸出RF電信號(hào)，該RF電信號(hào)經(jīng)功率放大器12放大后再加載到兩個(gè)叉指換能器3上，叉指換能器3在RF電信號(hào)的作用下激發(fā)聲表面波。在此， 信號(hào)發(fā)生器11和功率放大器12均采用現(xiàn)有技術(shù)。在此，PCB板7也可由其它現(xiàn)有的可以固定導(dǎo)線的基板替代。在此具體實(shí)施例中，壓電基片2可采用機(jī)電耦合系數(shù)稍大的壓電基片，基本可取機(jī)電耦合系數(shù)大于5. 5%的壓電基片，如128°-YX LiNbO3壓電基片，因?yàn)樵谙嗤腞F電信號(hào)下，設(shè)置于具有較大機(jī)電耦合系數(shù)的壓電基片上的叉指換能器能夠產(chǎn)生幅度較大的聲表面波，這樣易于利用幅度較大的聲表面波輻射置放于疏水層M上的微液滴56而使微液滴56 快速發(fā)生形變而增加其自身的高度。在此具體實(shí)施例中，折疊紙基微通道55的未折疊部分552的兩端各自通過一個(gè) PDMS微楔58分別固定于兩個(gè)微孔513內(nèi)；塑料片52的兩端分別通過PDMS墊塊59與壓電基片2固定連接，在實(shí)際處理過程中，也可將塑料片52通過PDMS墊塊59與PCB板7連接。在此具體實(shí)施例中，塑料片52的下表面上還設(shè)置有微流體引入紙基微通道57，微流體引入紙基微通道57與第一紙基微通道521連接，微流體引入紙基微通道57與第二紙基微通道522互不接觸，微流體通過微流體引入紙基微通道57引入。在此，微流體引入紙基微通道57、第一紙基微通道521和第二紙基微通道522均通過雙面膠粘貼在塑料片52的下表面上。在此，塑料片52需采用具有一定硬度的塑料片，目的是為了能承載微流體引入紙基微通道57、第一紙基微通道521和第二紙基微通道522，實(shí)際處理過程中也可以采用載玻片等替代。在此，可將PDMS微架51的固定片512上的微孔513的直徑大小設(shè)計(jì)為略小于折疊紙基微通道55的寬度，即保證折疊紙基微通道55的未折疊部分552的兩端剛好通過微孔513即可；第一紙基微通道521與第二紙基微通道522相向設(shè)置于塑料片52的下表面上，可將第一紙基微通道521與第二紙基微通道522相向一端之間的間距設(shè)計(jì)為0. 5 Imm 左右，實(shí)際處理過程中，可根據(jù)折疊紙基微通道55的折疊部分551的第一折部553的長(zhǎng)度而確定第一紙基微通道521與第二紙基微通道522相向一端之間的間距，只需保證第一紙基微通道521中的微流體能夠通過折疊紙基微通道55的折疊部分551的第一折部553后進(jìn)入第二紙基微通道522中；第一紙基微通道521和第二紙基微通道522相向一端之間的間隔區(qū)域的中心與折疊紙基微通道55的折疊部分551的第一折部553的中心對(duì)準(zhǔn)，可將第一紙基微通道521與第二紙基微通道522之間的間隔區(qū)域的中心到折疊紙基微通道55的折疊部分551的第一折部553的垂直距離設(shè)計(jì)為2 3mm左右；可將折疊紙基微通道55的未折疊部分陽2的最低端與微液滴56的最頂端之間的距離設(shè)計(jì)為0. 5 1. 5mm左右，實(shí)際上，未折疊部分陽2的最低端與微液滴56的最頂端之間的距離可根據(jù)微液滴56的大小決定，在叉指換能器3激發(fā)的聲表面波的功率固定的情況下，如果微液滴56較大，則未折疊部分552的最低端與微液滴56的最頂端之間的距離可設(shè)計(jì)的相對(duì)較長(zhǎng)些，如果微液滴56較小，則未折疊部分陽2的最低端與微液滴56的最頂端之間的距離可設(shè)計(jì)的相對(duì)較短些，在此具體實(shí)施例中，將折疊紙基微通道陽的未折疊部分陽2的最低端與微液滴56的最頂端之間的距離設(shè)計(jì)為0. 5 1. 5mm左右，同時(shí)取微液滴56的大小為4 μ L 6 μ L左右，這種情況下足以保證當(dāng)微液滴56發(fā)生形變時(shí)其被折疊紙基微通道55吸收。在此具體實(shí)施例中，PDMS微架51、PDMS微楔58和PDMS墊塊59均主要由體積比為(5 12) 1的道康寧184的單體和固化劑混合制備而成。在此，采用模塑法制作PDMS 微架51，在制備PDMS微架51過程中，為能夠使PDMS微架51的支撐腳511的底部能夠較好地緊貼粘在疏水層M上，可適當(dāng)提高單體和固化劑的體積比比例，從而使得制成的PDMS微架51具有比較好的柔軟性，從而提高PDMS微架51粘貼于疏水層M上的固定力。如果在制備PDMS微架51時(shí)選取的單體和固化劑的體積比例較小，則可在制成的PDMS微架51的支撐腳511的底部再涂上一層由具有較高體積比例的單體和固化劑混合而成的PDMS聚合物，并經(jīng)過80°C恒溫箱固化1小時(shí)，這樣，PDMS微架51的周壁的底部即可比較牢固地與壓電基片2粘合。本發(fā)明的紙基微流開關(guān)工作時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)微流體在第一紙基微通道521中到達(dá)到另第二紙基微通道522中，將經(jīng)過功率放大器12放大了的RF信號(hào)加載到壓電基片2上的兩個(gè)叉指換能器3上，兩個(gè)叉指換能器3激發(fā)的兩相向聲表面波作用于疏水層M上微液滴 56，使其形變而增加微液滴56的高度，當(dāng)微液滴56的高度增加到足以接觸到折疊紙基微通道陽的未折疊部分552的最低端時(shí)，折疊紙基微通道55的未折疊部分552吸收微液滴56， 微液滴56在折疊紙基微通道55中輸運(yùn)，當(dāng)微液滴56輸運(yùn)到折疊紙基微通道55的折角處時(shí)，折角增加使得折疊紙基微通道陽的高度發(fā)生變化，使得折疊紙基微通道55的折疊部分 551的第一折部553與第一紙基微通道521和第二紙基微通道522接觸，使得第一紙基微通道521中的微流體經(jīng)由折疊紙基微通道55的折疊部分551的第一折部553到達(dá)第二紙基微通道522中，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)紙基微通道的連通。由于紙基微流器件價(jià)格十分低廉，屬于用完即棄的一次性器件，所以只要實(shí)現(xiàn)原來斷開的紙基微通道在需要連接時(shí)閉合即可。在實(shí)際處理過程中，紙基微通道也可以是復(fù)雜的紙基流路。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于包括壓電基片，所述的壓電基片的上表面為工作表面，所述的壓電基片的工作表面的兩側(cè)區(qū)域上對(duì)稱設(shè)置有用于激發(fā)聲表面波的叉指換能器，所述的壓電基片的工作表面上還設(shè)置有開關(guān)組件，所述的開關(guān)組件包括 PDMS微架和位于所述的PDMS微架的上方的塑料片，所述的塑料片的下表面上設(shè)置有第一紙基微通道和與所述的第一紙基微通道互不接觸的第二紙基微通道，所述的PDMS微架主要由兩個(gè)固定于所述的壓電基片上的支撐腳和設(shè)置于兩個(gè)所述的支撐腳上的固定片組成， 所述的壓電基片位于所述的固定片的正下方的區(qū)域構(gòu)成微液滴置放區(qū)域，所述的微液滴置放區(qū)域位于兩個(gè)所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上，所述的微液滴置放區(qū)域上設(shè)置有疏水層，所述的固定片上設(shè)置有兩個(gè)微孔，兩個(gè)所述的微孔內(nèi)連接有一個(gè)折疊紙基微通道，所述的折疊紙基微通道位于所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道的下方，所述的折疊紙基微通道具有折疊部分和未折疊部分，所述的折疊紙基微通道的折疊部分位于所述的固定片的上方，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的兩端分別固定于兩個(gè)所述的微孔內(nèi)，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分位于所述的固定片的下方呈自然下垂弧形狀，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端對(duì)準(zhǔn)置放于所述的疏水層上的微液滴，兩個(gè)所述的叉指換能器激發(fā)的相向的聲表面波未作用于所述的微液滴時(shí)，所述的折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部與所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道均互不接觸；兩個(gè)所述的叉指換能器激發(fā)的相向的聲表面波作用于所述的微液滴時(shí)，所述的微液滴發(fā)生形變而增高并與所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端接觸，所述的折疊紙基微通道的未折疊部分吸收所述的微液滴，所述的微液滴輸運(yùn)至所述的折疊紙基微通道的折疊部分的折角處時(shí)所述的折疊紙基微通道的折疊部分的高度增加促使所述的折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部分別與所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的兩端各自通過一個(gè)PDMS微楔分別固定于兩個(gè)所述的微孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的第一紙基微通道與所述的第二紙基微通道相向設(shè)置于所述的塑料片的下表面上，所述的第一紙基微通道與所述的第二紙基微通道相向一端之間的間距為0. 5 1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的第一紙基微通道和所述的第二紙基微通道相向一端之間的間隔區(qū)域的中心與所述的折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部的中心對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端與所述的微液滴的最頂端之間的距離為0. 5 1. 5mm, 所述的微液滴的大小為4 μ L 6 μ L。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的塑料片的下表面上還設(shè)置有微流體引入紙基微通道，所述的微流體引入紙基微通道與所述的第一紙基微通道連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的塑料片的兩端分別通過PDMS墊塊與所述的壓電基片固定連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的PDMS微架、所述的PDMS微楔和所述的PDMS墊塊均主要由體積比為(5 12):1的道康寧184的單體和固化劑混合制備而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有用于反射所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的反射柵，所述的叉指換能器連接有信號(hào)發(fā)生裝置，所述的信號(hào)發(fā)生裝置主要由用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和與所述的信號(hào)發(fā)生器連接的功率放大器組成，兩個(gè)所述的叉指換能器具有相同的尺寸，所述的叉指換能器包括兩個(gè)匯流條，所述的匯流條與所述的功率放大器相連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其特征在于所述的壓電基片的下表面上連接有PCB板，所述的PCB板上設(shè)置有引線腳，所述的匯流條通過導(dǎo)線與所述的引線腳相連接，所述的引線腳通過導(dǎo)線與所述的功率放大器相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲表面波控制的紙基微流開關(guān)，其利用叉指換能器激發(fā)的聲表面波對(duì)疏水層上的微液滴進(jìn)行輻射，使微液滴發(fā)生形變而增高，微液滴增高后與折疊紙基微通道的未折疊部分的最低端接觸被折疊紙基微通道吸收，微液滴在折疊紙基微通道中輸運(yùn)，當(dāng)微液滴輸運(yùn)到折疊紙基微通道的折角處時(shí)，折角增加使得折疊紙基微通道的高度發(fā)生變化，使得折疊紙基微通道的折疊部分的第一折部與第一紙基微通道和第二紙基微通道接觸，使得第一紙基微通道中的微流體經(jīng)折疊部分的第一折部到達(dá)第二紙基微通道中，這種利用微液滴的高度變化來控制紙基微流開關(guān)的閉合與斷開的方式，方便地實(shí)現(xiàn)了紙基微流開關(guān)的可編程特性，同時(shí)極大地拓展了壓電微流控芯片的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)B01L3/00GK102500438SQ20111032152
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者尉一卿, 張悅, 査燕, 章安良, 胡楚, 韓慶江, 高挺, 黃孝圣, 黃昶 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)