專利名稱：微流體濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物醫(yī)學(xué)分析微流體元器件。
技術(shù)背景一般的生物醫(yī)學(xué)分析包括樣品預(yù)處理、混合反應(yīng)和分離檢測三個基 本步驟，將這三個分析步驟集成在一個微流體分析系統(tǒng)中，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗室工作，這就是實驗室芯片(Lab-on-a-chip)或者叫微型全分析系 統(tǒng)(Micro Total Analytical System,卜TAS)。這種，敫 荒體分析系統(tǒng)由微流 體泵、微閥、微控制器、微混合反應(yīng)器、毛細管電泳等微流體元器件以 及連接它們的微流體通道網(wǎng)路組成。生化分析是流體在微系統(tǒng)中連續(xù)流 動過程中完成的。生物芯片和微流體分析系統(tǒng)對流動的穩(wěn)定性有很高的要求。在一般 的分離通道中要求流動無脈動或脈動量很小，流量的重現(xiàn)性好。在微流 控芯片色譜分離系統(tǒng)中，液流脈動要小于3%，流量精度優(yōu)于1%，流量誤 差小于±10%，而液流的脈動會對分析結(jié)果會造成不利的影響，因此研究 微流體分析系統(tǒng)中流動穩(wěn)定性具有很重要的意義。目前，大多數(shù)微流體 驅(qū)動系統(tǒng)如壓電微泵、氣動微泵等提供的都是周期性的脈動流量，這些 周期性的脈動流量不能直接應(yīng)用于后續(xù)的生物樣品分析，見[l] P.Wang， H.K. Lee. Recent application of high performance liquid chromatography to the analysis of metal complexes [J]. Journal of Chromatography A, 1997, 789(1-2): 437 451; [2〗X.N. Jiang, Z.Y. Zhou, X.Y. Huang， Y. Li, Y. Yang, C.Y. Liu. Micro-nozzle/diffiiser flow and its application in valve-less pumps [J]. Sensors and Actuators A， 1998， 70:81~87; [3] M.A. Unger， H.P.Chou， T. Thorsen, A. Scherer， S.R. Quake. Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by Multilayer Soft Lithography [J]. Science, 2000， 288:113~116: [4] S.H. Ahn, Y.K. Kim. Fabrication and experiment of a planar micro ion drag pump [J]. Sensors and Actuators A， 1998， 70:1 5。生物溶液和化學(xué)試劑溶液的混合反應(yīng)是生化分析的一個重要步驟。 在微流體分析系統(tǒng)中，液體流動速度很低， 一般屬于低雷諾數(shù)層流流動。 如果液體混合依靠分子自身擴散來完成，效率很低。彎曲微通道對于周 期流動的液體混合有很好的效果，見[5]張保住，吳健康.彎曲微通道 周期性流動和液體混合效率分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(城市科學(xué) 版)，2005， 22:20 23; [6] Johnson T. J" Ross D, Locascio L. E.， Rapid microfluidic mixing, Anal. Chem., 74: 45~51, 2002, [7] Rife J. C., Bell M. I., Kim W. J.， et al.， Miniature valveless ultrasonic pump and mixers, Sensors and Actuators ， A: physical, 86: 135~140, 2000， [8] Yang Z., Goto H.， Matsumoto M.， et al" Active micromixers for microfluidic systems using lead-zirconate (PZT)-generated ultrasonic vibration, Electrophoresis, 21:116~119， 2000， [9] Liu H. R., Stremler M. A., Sharp K. V" Olsen M. G, Santiago J. G.， Atrian R. Aref J.， H., Beebe D. J., Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel, J. MEMS, 9:190 197， 2000; [10〗Bertsch A.， Heimgartner S.， Conssean P" Renand P" Static micromixers based on larger-scale industrial mixer geometry, Lab. On a Chip, 1:56~60， 2000; [11] Gobby D.， Angeli P., Gavriilidis A.， Mixing characteristics of T-type microfluidic mixers, J. Micromechanics， Microengineering， 11:126~132， 2001。但上述文獻所描述的微流體裝置均只有單一的液體混 合作用，不具備濾波功能。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種微流體濾波器，目的在于不僅對周期流動具有 濾波作用，同時也可以有效提高液體的混合效率。本實用新型的一種微流體濾波器，上基片和下基片之間具有矩形截 面微通道，上基片上表面對應(yīng)微通道位置設(shè)置有垂直的圓筒形微濾波管， 微濾波管將微通道連通空氣。所述的微流體濾波器，其特征在于所述微濾波管為1 4個。所述的微流體濾波器，其特征在于所述上基片和下基片的材料為 硅、玻璃或者硬聚合物。本實用新型在硅、玻璃或者硬聚合物基片上采用微加工中的光刻蝕 法制備微濾波通道，微通道上表面開有小孔與微濾波管連通，微濾波管 由硬聚合物材料制備，微濾波管頂部有孔通大氣。使用時，本實用新型 水平放置，周期性微流量進入微流體濾波器微通道后，在垂直的微濾波 管內(nèi)液體自由面波動消除周期流動中的脈動分量，使微流體濾波器微通 道出口處得到平穩(wěn)無脈動流量；在濾波過程中，同時加強不同液體的混 合，從而使微流體濾波器還具有液體混合功能。本實用新型可以有效消除周期流動中的脈動分量，使出口處的流動 穩(wěn)定，從而達到分析系統(tǒng)的特定要求，采用計算流體動力學(xué)CFD軟件 FLUENT對本實用新型進行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示，通過參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，本 實用新型可以具有高效率的濾波和液體混合雙重功能。

圖l為本實用新型立體示意圖； 圖2為圖1的剖面圖。圖中標(biāo)記為進口 1、出口2、微通道3、微濾波管4、上基片5、下 基片6。
具體實施方式
本實用新型的制造過程為-1. 采用光刻蝕刻方法在硅、玻璃或硬聚合物材料的上基片或者下基 片上制備水平微通道，上基片上表面開孔將微通道連通大氣；2. 上基片和下基片封合；3. 釆用環(huán)氧樹脂把微濾波管對準(zhǔn)微通道小孔，垂直粘結(jié)在水平微通 道上。本實用新型的微濾波管可以為1 4個，當(dāng)只有l(wèi)個微濾波管時，濾 波效率可以達到70%;當(dāng)有2個微濾波管時，濾波效率可以達到90%; 有3個微濾波管時，濾波效率即可以達到100%。
權(quán)利要求1.一種微流體濾波器，上基片和下基片之間具有矩形截面微通道，上基片上表面對應(yīng)微通道位置設(shè)置有垂直的圓筒形微濾波管，微濾波管將微通道連通空氣。
2. 如權(quán)利要求1所述的微流體濾波器，其特征在于所述微濾波管 為1 4個。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的微流體濾波器，其特征在于所述上基 片和下基片的材料為硅、玻璃或者硬聚合物。
專利摘要微流體濾波器，屬于生物醫(yī)學(xué)分析微流體元器件，目的在于不僅對周期流動具有濾波作用而且也可以提高液體的混合效率。本實用新型上基片和下基片之間具有矩形截面微通道，上基片上表面對應(yīng)微通道位置設(shè)置有垂直的圓筒形微濾波管，微濾波管將微通道連通空氣。本實用新型可以有效消除周期流動中的脈動分量，使出口的流動穩(wěn)定，從而達到分析系統(tǒng)的特定要求，采用計算流體動力學(xué)CFD軟件FLUENT對本實用新型進行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示，通過參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，本實用新型可以具有高效率的濾波和液體混合雙重功能。
文檔編號G01N1/28GK201034875SQ20072008440
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日
發(fā)明者吳健康, 汪洪丹 申請人:華中科技大學(xué)