[发明专利]一种具有粗细交错正弦结构的高效微混合器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有粗细交错正弦结构的高效微混合器及其制备方法，通过刻划、刻蚀、等离子处理、封装，形成具有粗细交错正弦结构的微混合器，该微混合器具有开口宽度不一的微通道，微通道呈正弦结构状，微通道的上开口大于底部宽度，微通道的纵向截面包括v型截面和上大下小的梯形截面；根据设计要求，微通道的纵向截面由v型截面和梯形截面相互交替过渡渐变，对应的深度也对应相互交替过渡渐变，从而形成粗细交错正弦结构。本发明制备方法简单易操作，制备成本低，在制备过程中控制划痕过程中非晶的形成，制得的三维正弦微混合器能加强液体对流，从而大幅提升混合效率，可有效提升微流控芯片的应用性能，可广泛用于加工微流控芯片的生产。

技术领域

本发明属于微纳结构制备技术，具体涉及一种具有粗细交错正弦结构的高效微混合器及其制备方法。

背景技术

近年来，电子器件的微型化、集成化技术在不断提高，微流控芯片技术已经广泛应用于生物、化学、医学等领域，微混合器作为微流控芯片分析系统的重要组成部分，但仍然需要进一步研发不断改进微通道结构设计，以提提升其混合效率方面的效果。

由于微通道的结构尺寸非常小，根据雷诺数公式可知通道中流体的雷诺数非常低，属于层流，难以引起二次流以增强液体的混合。目前常见的微混合器通道结构有矩形、锯齿形、圆形、直线型等，在这些简单的通道结构中难以大幅提升混合效率。但是，混合效率的提升对微流控芯片技术的提升非常重要，例如：准确检测病毒和细菌需要抗凝试剂和化学试剂高效的混合；聚合酶链反应过程中，需要模板、引物、酶、脱氧核糖核苷酸的充分反应；在微流控芯片中进行的DNA杂交、核酸检测、药物合成等实验也对微混合器性能有较高的要求。所以设计并加工出高性能的微混合器通道结构，对微流控芯片在各领域的发展非常重要。

现有的微混合器通道结构多为矩形、锯齿形、圆形、直线型及各种形状的组合，试剂可以在微通道中进行一定的混合，若需达到较好的混合效果，需要较长的通道混合长度或者较久的混合时间。目前，应用于微流控芯片的加工技术层出不穷，常用的有光刻、3D打印、飞秒激光加工等。其中：

1、光刻加工，是利用照相复制与化学腐蚀相结合的技术，在工件表面制取精密﹑微细和复杂薄层图形的化学加工方法，能够实现较高的加工精度，广泛应用于芯片加工。形成微通道结构时，光刻加工技术是将掩模版上的图形转移到涂有光致抗蚀剂（或称光刻胶）的硅片上，通过一系列生产步骤将硅片表面薄膜的特定部分除去的一种图形转移技术，其过程也会运用化学腐蚀技术。

2、3D打印，是一种将粉末状金属或塑料等按照设计结构逐层打印的快速成型加工技术，可以提高生产率和降低生产成本，且有较好的重复性。

3、飞秒激光，是目前在实验条件下能够获得最短脉冲的技术手段，其精确度可达±5 μm。

在上述加工方法中，虽然光刻具有较高的加工精度，但其价格昂贵，普通企业难以承受；3D打印有着高效、灵活和低成本的优点，且技术成熟，运用广泛，但打印材料受限是其的致命缺点。飞秒激光加工是近年来被广泛认可的技术，但这种加工技术不够灵活，且价格昂贵，加工的样品表面还会存在一定热应力，不利于器件性能。

所以设计和制备一种新型结构的微混合器，用于提升微流控芯片的应用性能。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种具有粗细交错正弦结构的高效微混合器及其制备方法，通过合理设计三维正弦微通道结构，在制备过程中控制划痕过程中非晶的形成，进而控制选择性刻蚀制备高效率三维正弦微混合器，该方法简单，制备得到的微混合器能使得微混合器加强液体对流。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种具有粗细交错正弦结构的高效微混合器的制备方法，其步骤如下：

S1、在镀有氮化硅的单晶硅表面，用针尖刻划出通道的进出口和设计要求的正弦轨迹，正弦轨迹由n条划痕形成，刻划载荷以划穿氮化硅为宜。