[实用新型]一种数字微流体产生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实现微流体数字化的技术，尤其是涉及一种数字微流体产生装置。

背景技术

微流控芯片因具有样品用量少、操作简单，及可极大地减少人为操作引起的误差等诸多优点，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了广泛应用。

微流控芯片中操纵微流体的操纵方式有连续流和数字流两种，相对于连续流操纵方式，数字流操纵方式具有试剂用量更微、操纵更简单、更精确等独特优点而受到重视，并日益成为微流控芯片发展的重点。数字微流体的产生是以数字流操纵方式操纵微流体的微流控芯片进行微流分析的前提，是该微流控芯片不可或缺的组成部分。

现有的微流控芯片的数字微流体的产生主要是通过不相溶的油相微流体辅助实现连续的水相溶液微流体实现其数字化，这种油相辅助的水相溶液微流体数字化方法优点是可连续、快速产生数字微流体，但同时由于该方法需要与待数字化的水相溶液微流体不相溶的油相微流体的辅助，这样就有可能对产生的水相数字微流体造成部分污染(即产生的水相数字微流体中可能含有油相微流体)，从而增加了后续油相微流体和水相数字微流体的分离操作，增加了微流控芯片进行微流分析的时间，并降低了微流控芯片有效单元的集成度。为克服油相辅助的水相溶液微流体数字化方法中油相微流体可能给水相数字微流体带来的污染，业内人员提出了一种横向气流断裂方法，该方法采用空气流代替油相微流体，实现连续的水相微流体数字化，但该方法需要产生一定速度和压力的空气流，这样需要增加额外的器件(用于产生空气流的气泵)和外围单元(用于控制空气流等的外围单元，如气阀等)，从而增加了微流控芯片结构的复杂性。基于电润湿原理的数字微流体产生方法可以有效地避免横向气流断裂方法的不足之处，但其需要使用外围控制电路来操控每个电润湿器件中的每一个电极单元的电信号的接通或断开，尤其是当电润湿器件包含的电极单元较多时，需要的外围控制电路较为复杂，从而限制了该方法应用于微流分析的规模。

声表面波技术具有工艺成熟、成本低廉、灵敏度高和器件尺寸小等独特优点，使得以压电材料为基片的压电微流控芯片近年来得到了快速的发展，但这些研究主要以数字微流体在压电基片上的操控为主要研究对象，鲜有涉及在压电基片上实现数字微流体产生的方法。近来，报道有采用较大的RF信号加到聚焦换能器上激发强幅度的声表面波，实现压电基片上微流体的飞逸，以产生数字微流体。如期刊《微机械系统》2008年第17卷第1期147-156页(Journal of Micromechanical systems Vol.17(1)，2008：147-156)公开的《基于微液滴油包封微反应》(《Droplet-based microreactions with oilencapsulation》)，它是在锆钛酸铅下基片上制作叉指换能器，再旋涂和光刻三微米厚光阻剂作为牺牲层，并淀积和光刻四微米厚聚对二甲苯作为制作带空气反射栅的声透镜的材料，而后采用丙酮去掉光阻剂，并淀积四微米聚对二甲苯填充留下的空隙，最后与采用微电子工艺制作有微腔的硅基片进行绑定，构成微液滴产生器件；工作时其在锆钛酸铅下基片的叉指换能器上加足够强度的RF信号，RF信号加到叉指换能器上激发声表面波，激发的声表面波经带空气反射栅的声透镜汇聚，汇聚后的声表面波作用于微流体，使得微流体在足够强度的声流力下喷射微液滴，微液滴飞逸到正对于锆钛酸铅下基片的锆钛酸铅上基片，形成所需的数字微流体。这种方法一方面由于采用了带空气反射栅的声透镜来聚集叉指换能器激发的声表面波，因此其制作工艺相对复杂，且激发的数字微流体的体积受到限制，难以应用于对采用电化学免疫微电极方法等需要微升量级微流体的场合，同时由于产生数字微流体的方式是采用微液滴飞逸到正对于锆钛酸铅下基片的锆钛酸铅上基片，因此导致具有两个基片的微流控芯片难以集成化；另一方面，由于其是通过采用微液滴飞逸到正对于锆钛酸铅下基片的锆钛酸铅上基片的方式形成数字微流体的，因此在激发声表面波时需要较大的RF信号，以使微液滴飞逸，而较大的RF信号需要较大的电源功率，这样极大地限制了该方法的应用范围，且由于较大的RF信号会产生较高的温度，易损坏锆钛酸铅下基片；此外，该方法产生数字微流体的过程中会产生很多不规则体积的卫星微流体即体积较小的微流体，给应用带来了困难。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无污染、易集成，且能够产生微升量级数字微流体的数字微流体产生装置。