CN101820073B - 新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法，其特征在于：包含如下步骤：1、取一导电玻璃，去除上表面中部的导电层，以形成相互绝缘的左、右导电层和中部绝缘带；2、在PDMS片下表面加工出阳极室凹槽和营养液进、出通孔，阴极室凹槽和电解液进、出通孔，以及盐桥通道和盐桥溶液入口通孔；3、将PDMS片贴附在导电玻璃上面，并使阳极室凹槽和所述阴极室凹槽主体分别与左导电层和右导电层接触，在盐桥溶液入口通孔输入热盐桥溶液，并让盐桥溶液冷却凝固形成盐桥，盐桥不与左、右导电层直接接触。该方法制作的新型微流控芯片生物燃料电池不仅体积小，电池输出效率高，而且可以对电池输出功率进行控制。

Description

新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法
技术领域
 本发明涉及一种新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法。
背景技术
微生物燃料电池(MFC），是一种利用微生物作为催化剂将化学能转化为电能的装置。电池分为阴极和阳极，其中阳极是一个小空间，里面培养着微生物，通过供给营养液，在微生物的催化作用下，营养液中的化学能被消耗，微生物产生电子并将电子传递给电极，通过外电路再传递到阴极。在电池的阴极，由于氧化物质或氧气的作用，电子被消耗，这样就形成了回路。电池内部的阳极和阴极分别对应电池外部的负极和正极。
微流控芯片是近几年刚刚崛起的一种分离、分析集成技术。在一块数平方厘米的芯片上，它集成了取样、预处理、分离、反应及测定等分析步骤。芯片不但可以在分析化学中对样品进行分离，而且芯片的高集成度，可以使它集成各种功能元件，包括微生物燃料电池的燃料室和供应通道等。
如果将生物燃料电池集成到微流控芯片上去，不但会极大地减小电池的体积，而且由于芯片的高集成度，还可以在电池上引入燃料通道，极大地提高芯片燃料电池的电源输出效率，实现电池输出功率的可控性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法，该方法制作的新型微流控芯片生物燃料电池不仅体积小，电池输出效率高，而且可以对电池输出功率进行控制。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法，其特征在于：包含如下步骤：
（1）取一上表面具有导电层的导电玻璃，去除所述导电玻璃上表面中部的导电层，以在所述导电玻璃上表面形成相互绝缘的左、右导电层和中部绝缘带；
（2）取一PDMS片，在所述PDMS片下表面的左侧加工出阳极室凹槽以及分别与阳极室凹槽相连通的营养液进、出通孔，在所述PDMS片下表面的右侧加工出阴极室凹槽以及分别与阴极室凹槽相连通的电解液进、出通孔，在所述阳极室凹槽和阴极室凹槽之间加工一用于导通所述阳极室凹槽和阴极室凹槽的盐桥通道以及与所述盐桥通道相连通的盐桥溶液入口通孔，所述营养液进、出通孔，电解液进、出通孔和盐桥溶液入口通孔分别向上贯穿至所述PDMS片的上表面以利进液；
（3）将所述PDMS片贴附在所述导电玻璃上面，并使所述阳极室凹槽和所述阴极室凹槽主体分别与所述左导电层和右导电层接触，在所述盐桥溶液入口通孔输入热盐桥溶液，并让盐桥溶液冷却凝固形成盐桥，所述盐桥不与所述左、右导电层直接接触。
本发明的有益效果是：
1、制作的新型微流控芯片生物燃料电池与传统燃料电池相比，体积极大的缩小，电池输出效率更高；
2、芯片上面可以执行流速和流量的控制，通过对阳极室营养液和阴极室电解液的流入控制，可以实现电池电压输出大小的调节，这是以往燃料电池所不具备的。
3、用左右两边的导电玻璃作为阳极和阴极室的组成部分，同时作为负电极和正电极输出电压，极大地节省了空间，提高了燃料电池集成度。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例中微流控芯片生物燃料电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明的新型微流控芯片生物燃料电池的制作方法，包含如下步骤：
（1）取一上表面具有导电层的导电玻璃1，尺寸为8mm×7mm，去除所述导电玻璃上表面中部的导电层，以在所述导电玻璃上表面形成相互绝缘的左导电层1、右导电层11和中部绝缘带9；
（2）取一PDMS（聚二甲基硅氧烷）片，用印章技术，在所述PDMS片下表面的左侧加工出阳极室凹槽4以及分别与阳极室凹槽4相连通的营养液进、出通孔3和2，在所述PDMS片下表面的右侧加工出阴极室凹槽10以及分别与阴极室凹槽10相连通的电解液进、出通孔8和7，所述阳极室凹槽4和阴极室凹槽10的尺寸均为25mm×38mm，在所述阳极室凹槽4和阴极室凹槽10之间加工一用于导通所述阳极室凹槽4和阴极室凹槽10的盐桥通道5以及与所述盐桥通道5相连通的盐桥溶液入口通孔6，所述营养液进、出通孔3和2，电解液进、出通孔8和7以及盐桥溶液入口通孔6分别向上贯穿至所述PDMS片的上表面，以利于从PDMS片外进液；
（3）用硅胶将所述PDMS片贴附在所述导电玻璃上面，并使所述阳极室凹槽4和所述阴极室凹槽10主体分别与所述左导电层1和右导电层11接触，硅胶凝固以后，在所述盐桥溶液入口通孔6输入热盐桥溶液，并让盐桥溶液冷却凝固形成盐桥，所述盐桥不与所述左、右导电层1和11直接接触。
（4）电池制作完成。
在步骤（1）中，去除所述导电玻璃上表面中部的导电层的方法为：在所述导电玻璃上表面涂上一层光刻胶，对上表面的中部0.6mm×7mm的部分进行曝光、显影，然后用HCL洗去中部的导电层，从而将所述导电玻璃上表面分为相互绝缘且可在各自区域导电的左、右导电层1和11。左导电层作为负极，微生物产生的电子就通过这个负极传导，右导电层作为正极，接受电子。
在步骤（2）中，加工出的阳极室凹槽4与阴极室凹槽10之间的间距小于所述左、右导电层1和11之间的间距；在步骤（3）中，在所述导电玻璃上贴附所述PDMS片时，使阳极室凹槽4的右侧边与阴极室凹槽10的左侧边同时位于所述中部绝缘带9内，以保证所述盐桥不与所述左、右导电层直接接触。
本发明的新型微流控芯片生物燃料电池的运作方法为：
在左边的阳极室凹槽4内注入溶解在营养液中的地衣芽孢杆菌，也可以用其它营养液和微生物，该电池均能正常发电。在右边的阴极室凹槽10内注入电解液，本实施例中采用铁氰化钾溶液，燃料电池就能消耗营养液中的化学能进行发电。经过一段时间的驯化，电压输出可以达到最大值0.6伏，不间断输出电压可达72小时以上，其中峰值电压可以保持10个小时以上。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种微流控芯片生物燃料电池的制作方法，其特征在于：包含如下步骤：
（1）取一上表面具有导电层的导电玻璃，去除所述导电玻璃上表面中部的导电层，以在所述导电玻璃上表面形成相互绝缘的左、右导电层和中部绝缘带；
（2）取一PDMS片，在所述PDMS片下表面的左侧加工出阳极室凹槽以及分别与阳极室凹槽相连通的营养液进、出通孔，在所述PDMS片下表面的右侧加工出阴极室凹槽以及分别与阴极室凹槽相连通的电解液进、出通孔，在所述阳极室凹槽和阴极室凹槽之间加工一用于导通所述阳极室凹槽和阴极室凹槽的盐桥通道以及与所述盐桥通道相连通的盐桥溶液入口通孔，所述营养液进、出通孔，电解液进、出通孔和盐桥溶液入口通孔分别向上贯穿至所述PDMS片的上表面以利进液；
（3）将所述PDMS片贴附在所述导电玻璃上面，并使所述阳极室凹槽和所述阴极室凹槽主体分别与所述左导电层和右导电层接触，在所述盐桥溶液入口通孔输入热盐桥溶液，并让盐桥溶液冷却凝固形成盐桥；在步骤（2）中，加工出的阳极室凹槽与阴极室凹槽之间的间距小于所述左、右导电层之间的间距，且在所述导电玻璃上贴附所述PDMS片时，使阳极室凹槽的右侧边与阴极室凹槽的左侧边同时位于所述中部绝缘带内，以使所述盐桥不与所述左、右导电层直接接触。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片生物燃料电池的制作方法，其特征在于：在步骤（1）中，去除所述导电玻璃上表面中部的导电层的方法为：在所述导电玻璃上表面涂上一层光刻胶，对上表面的中部进行曝光、显影，然后洗去中部的导电层，从而将所述导电玻璃上表面分为相互绝缘且可在各自区域导电的左、右导电层。
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