[发明专利]一种激振‑吸振行波引导微流体运输的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激振-吸振行波引导微流体运输的装置，属于微精密驱动领域。

背景技术

近年来，由于新型技术的快速发展和市场对微流体器件需求的持续推动，微流体系统已成为科学界、企业界研究的热点。微流体的驱动与控制是微流体系统中经常遇到的问题，是发展MEMS需要解决的关键技术之一。随着生物芯片技术的进步，更是迫切要求实现微量流体自动、精确的驱动和控制。因此微流体驱动与控制技术的发展严重影响微流体器件的进一步微型化和性能的改进。目前微流体驱动与控制技术的研究已逐渐成为研究的热点。现有的微流体驱动与控制技术主要有：1)压力驱动和控制，它可看作是宏观流动控制技术的一种移植；依靠入口、出口和管道内的相对压差来驱动流体运输；2)电驱动，它是通过在储液池的两端放置外电极，通过在电极上施加电压以在溶液中形成驱动电场来实现微管道内液体的运输。它是目前最常用和最有效的驱动方式。但也存在一定的局限性，它对管壁材料和被驱动流体的物理化学性质比较敏感，因此只可适用于一定范围的流体和管壁材料；3)电水力驱动与控制，它需要在流体中或流-固界面诱导产生自由电荷，并通过电场与自由电荷的相互作用产生的驱动力来驱动微流体。但它一般只适用于导电率极低的液体；4)表面张力驱动微流体流动，它是利用在流-固表面产生某种特定的表面张力梯度，来驱使流体在特定的方向上运输；5)离心力驱动和控制，通过采用光刻和膜塑成型的方法在塑料圆盘上制作微管道网络，流体被贮存在靠近圆盘中心的供液池中，当圆盘被马达带动旋转时，流体就会在离心力的作用下沿着微管道网络向远离圆心的方向运动。这种方式的微流体运输速度可通过调节马达的转速来控制。为了更能简易地实现微管道内微流体的运输，本发明提出了一种新型利用激振-吸振形成法产生超声行波并在微器件的管道内产生声辐射压以克服液体间的粘滞力与惯性力，从而达到驱动微流体沿着行波方向运输的目的。

发明内容

为了实现驱动和控制微管道内微流体的运输问题，本发明设计了一种激振-吸振行波引导微流体运输的装置。该装置致力于一种新原理的微流体驱动与控制技术，并利用激振-吸振法产生具有驱动源的超声行波，同时利用产生的超声行波来实现微流体的运输与控制。该发明装置核心部分在于超声行波驱动微器件100的制作，它是利用激振-吸振的原理在超声行波驱动微器件100上产生单向直线式超声行波，当第一硅片6上的微管道内的超声行波的波速大于媒介中的声速时，就会在媒介中形成斜向的声辐射压力，这样微管道内的液体就会在这种声辐射压和管壁的粘附力的作用下克服液体间的粘滞力与惯性力，从而实现微流体的驱动与控制。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：其中本发明的关键部件是超声行波驱动微器件100的制作，它可通过以下技术方案及流程实现。

1)由于Si₃N₄材料具有优良的机械及光电性能、热和化学稳定性，硬度高、耐磨损等特点而得到重视。因此本装置也采用Si₃N₄作为需要的薄膜材料，并采用低压化学汽相沉积法对第二硅片5进行低应力Si₃N₄薄膜4的生长。

2)在Si₃N₄薄膜4上进行光刻胶PR 11的旋涂。通过旋转涂胶台将光刻胶PR 11均匀涂于Si₃N₄薄膜4，从而使得光刻胶PR 11与Si₃N₄薄膜4能够很好地结合，而获得精准的几何图案。

3)曝光与显影：通过曝光技术对前烘后的光刻胶PR 11进行曝光处理。然后把曝光后的第二硅片5放在NaOH显影液里，这样显影液就会将应去除的光刻胶PR 11除干净，以获得所需的图形。显影后可将样品匀速放入到去离子水中定影1min。

4)在光刻胶PR 11及Si₃N₄薄膜4表面反应溅射一层Cr金属10作为保护层，后续再通过金属剥离技术，使无需刻蚀的第二硅片5能够得到Cr金属10的保护。将溅射完的第二硅片5浸泡于丙酮溶液中，这样光刻胶PR 11上的Cr金属10会随光刻胶PR 11在丙酮溶液中溶解而从第二硅片5上剥离出来，从而掩膜图形即呈现出来。

5)选用反应离子刻蚀(RIE)法除去未被Cr金属10保护的Si₃N₄薄膜4。