[发明专利]一种微流控高频声聚焦芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微流控高频声聚焦芯片及其制备方法。其产品由声波换能器、带有波导和聚焦功能的微结构的硅片、PDMS有机高聚物所构成。其中，硅片上的波导结构为45˚镜面结构的硅凹槽，聚焦结构为硅晶片内半圆柱‑垂直反射壁形状的凹槽。在45˚硅镜面凹槽上沉积了金薄膜作为声波阻抗匹配层减。带有孔洞的PDMS有机高聚物覆盖在硅片上，其两个孔洞与硅片微沟道内进、出样处的位置相对应，且有机高聚物与硅片紧密封装使得芯片不漏液。声波换能器为氧化锌薄膜组分并耦合在硅片底部。换能器正反面用铂层作为电极。本发明将高频体声波集成到微流体芯片内，可对细胞、微颗粒等生物活体样品进行快速捕获并保证样品活性。

技术领域

本发明属于微全分析系统领域。特别涉及一种微流控高频声聚焦芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片是通过微机电加工工艺（MEMS）在特定基底上加工微沟道，使其可通入皮升至纳升的流体，从而对流体以及流体内的生物样品进行研究的微芯片。微流控芯片技术可将整个实验室的功能包括样片预处理、反应、分离、检测等集成在一块芯片上，具有高集成度，低试剂消耗，灵敏度高，分析效率高等特点，具有极为广泛的适用性和应用前景。微流控芯片可作为高度交叉的学科平台，集成声、光、电、磁等技术手段在小型化的器件上。

超声波对小范围内的流体以及流体内的小颗粒能进行有效的免接触式的操控。通过控制输入功率的大小，声波能无损地控制活性生物体在微沟道中定向移动。因此，声波集成的微流控操作平台成为在微流系统中研究的新热点。目前，在声微流操控芯片的研究中，主要是基于驻波共振的低频的体波操控和声表面波操控（<20MHz）。这些方法通过在沟道中产生有波节和波腹的声场，从而用声学力将样品聚集到相应的节点实现操控。然而，这些声学器件的共振驱动频率难以很高，其关联的限制有沟道最小尺寸，样品的通量和密度等。另一方面，高频的声波驱动频率则有着更高的操控精度和更小的控制范围。频率越高，波长越小，从而特别适合对单个细胞大小的样品进行捕获、筛选、定向排列等操作。目前，现有的高频声波微流驱动技术主要基于声表面波引起的声流现象来操控液滴和颗粒（386MHz）。但就产业化而言，相比于体波技术，声表面波微流芯片难以与常用的半导体材料（硅，玻璃等）集成，并且在样本通量上容易达到瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工作在高频区间（500MHz~800MHz），响应快，功率低的微流控高频声聚焦芯片及其制备方法。

实现本发明采用的技术方案是：

一种微流控高频声聚焦芯片结构，由声波换能器、带有波导和聚焦功能微结构的硅片，带孔洞的PDMS(polydimethylsiloxane)有机高聚物组成；

所述的声波换能器用于声波信号的产生，由氧化锌薄膜组成并与硅片下表面耦合，硅片下表面沉积铂金属薄膜作为氧化锌换能器上表面的上电极，氧化锌薄膜的下表面再次沉积铂金属薄膜作为氧化锌薄膜的下电极；

所述的带有波导和聚焦功能微结构的硅片，波导结构由45˚硅镜面和硅镜面上的金薄膜组成，聚焦功能微结构由半圆柱-垂直反射壁凹槽和凹槽两端的用于进出样的微沟道组成；

所述的PDMS有机高聚物封装在硅片表面上，PDMS有机高聚物上有两个孔口作为样品的进出样口，并分别连通于硅片上的微沟道的端口。

本发明的上述装置，可用于的体声波共振频率为高频（500MHz~800MHz），波导面为45˚硅镜面；声阻匹配层为单层金薄膜。

聚焦结构为半圆柱-垂直反射壁凹槽。

氧化锌薄膜耦合在硅片底部，其上下电极分别为铂电极薄膜。

本发明的微流控高频声聚焦芯片的制备方法，由下述步骤所构成：

1）利用湿法刻蚀方法在硅片上形成45˚硅镜面；