CN101966473B

CN101966473B - 基于超声驻波的微流控筛选芯片及其制备方法

Info

Publication number: CN101966473B
Application number: CN2010105196693A
Authority: CN
Inventors: 国世上; 赵兴中; 李思晢; 邓宇亮
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN101966473A

Abstract

本发明公开了一种基于超声驻波的微流控筛选芯片及其制备方法。其产品由载玻片、带有驻波反应腔的硅片、压电陶瓷和夹具所构成。硅片上的驻波反应腔由深度反应离子刻蚀法在硅片上形成的驻波反应沟道及其进、出样孔口所构成。载玻片覆盖在硅片上，其与硅片上驻波反应腔进、出样孔口对应的位置处开有对应的进、出样孔口，并在其孔壁和孔口周围键合有一层有机高分子材料。压电陶瓷耦合在硅片底部，并在其正反面分别引出导线。夹具由螺栓连接的上、下夹板所构成，其可将载玻片和硅片紧紧连成一体。本发明制作过程简单，成本低廉，具有很高的可控性和可操作性，易于拆卸和清洗，容易实现对细胞等生物活体样品的分离、捕获和操纵。

Description

基于超声驻波的微流控筛选芯片及其制备方法

技术领域

本发明属于微全分析系统领域。特别涉及一种超声筛选微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片技术起源于20世纪90年代，最初应用于分析化学领域，它以微通道为结构特征，以生命科学为主要研究对象，通过微机电加工工艺（MEMS），将整个实验室的功能包括样片预处理、反应、分离、检测等集成在微芯片上，使分析速度得到极大提高，具有集成度高，试剂消耗少，制作成本低，分析效率高等特点，具有极为广泛的适用性和应用前景，是当前微全分析系统研究的重点。

对于粒径小于声波波长的流体中的粒子，超声驻波能对其进行有效的免接触式的操控。并且由于声学检测和操作方法对活体生物样本的无损性，使其成为在微流系统中研究的新热点。目前，在微流控系统中，一般通过湿法刻蚀的方法，在硅片等硬质材料上刻蚀出微网络结构，用脉冲激光器在硅片上钻孔，再通过阳极键合的方式将玻璃键合到刻蚀由微结构的硅片上形成声波芯片。这种声波芯片密闭性较好，但它要用到价值数百万的阳极键合设备，提高了制备成本。而且在硅片上钻孔有一定的难度。此外，一旦键合完后芯片不能拆卸，使用时间长了会降低芯片的作用效率。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况提供一种制备过程简单、制作成本低且易清洗的基于超声驻波的微流控筛选芯片及其制备方法。

实现本发明采用的技术方案是：

1、基于超声驻波的微流控筛选芯片由载玻片、带有驻波反应腔的硅片、压电陶瓷通过夹具连成一体所构成，并且：

1）所述的带有驻波反应腔的硅片，其上的驻波反应腔由深度反应离子刻蚀（DRIE）法在硅片上形成的驻波反应沟道及其进、出样孔口所构成；

2）所述的载玻片覆盖在硅片上，其对应硅片上驻波反应腔进、出样孔口的位置处对应开有进、出样孔口，且孔壁和孔口周围键合有一层有机高分子材料;

3）所述的压电陶瓷耦合在硅片底部，其上、下两面均设有信号连接导线；

4）所述的夹具由螺栓连接的上、下夹板所构成；其上夹板覆盖在载玻片上，

且其对应载玻片上进、出样孔口的位置处开有对应的孔口；其下夹板置于硅片的底部且其对应耦合在硅片底部的压电陶瓷的位置处开有对应的孔口。

作为上述方案的优选条件：

1）所述的有机高分子材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）。

2）所述的夹板材料为有机玻璃。

3）所述的压电陶瓷通过环氧树脂耦合在硅片底部。

2、基于超声驻波的微流控筛选芯片的制备方法由下述步骤所构成：

1）利用深度反应离子刻蚀（DRIE）法在硅片上部制备所需的驻波反应沟

道及其进、出样孔口；

2）在压电陶瓷的正、反两面分别引出信号连接导线后将压电陶瓷耦合在硅片底部；

3）在载玻片上与硅片上部驻波反应腔的进、出样孔口对应的位置处打孔，

然后在其孔位上键合一层有机高分子材料，再在其有机高分子材料上对应打出孔位；

4）在夹具的上夹板上对应载玻片上进、出样孔口的位置处开出便于有机高

分子材料在载玻片上形成的进、出样孔柱伸出上夹板的孔位，并在夹具的下夹板上对应键合在硅片底部的压电陶瓷位置处开出供压电陶瓷免受螺栓连接压力的孔位；

5）将载玻片上的进、出样孔位与硅片上驻波反应腔中的进、出样孔口对准，

将夹具的上夹板上的孔位对准载玻片上的孔位，将夹具的下夹板上的孔位对准压电陶瓷，然后利用夹具螺栓将上、下夹板连接并上紧。

作为上述方案的优选方式，所述压电陶瓷正、反两面引出的信号连接导线为导电胶引出的导线。

本发明超声驻波的来源来自耦合在硅片底部的压电陶瓷，其工作频率由自身性质决定。调节输入信号的强度和频率，可以实现对细胞等生物活体样品的分离。

本发明采用的方法与现有方法相比，具有如下的优点：此装置加工简易，无需再在硅片上钻孔；成本低，制作过程中不需要价格昂贵的阳极键合设备；超声驻波场的产生和调节可控；芯片易清洗，反复使用不影响效率。利用本发明能够很容易地实现对细胞等生物活体样品的分离、捕获和操纵。据此，本发明可广泛应用于生命科学、药物科学和医学等领域。

附图说明：

图1 是本发明的整体结构示意图。

图2 是本发明载玻片、硅片、压电陶瓷的相对位置示意图。

图3 是本发明中夹具的结构示意图。

图4 是现有技术（用阳极键合载玻片与硅片形成超声筛选芯片）的应用效果图。

图 5 是本发明的应用效果图。

附图中：1-—— 夹具下层，2——压电陶瓷片，3——环氧树脂层，

4——硅片，5——载玻片，6——高分子有机材料层，7——夹具上夹板，8——驻波反应沟道，9——进样口，10——出样口（样品收集口），11——螺栓，12——高分子有机材料层上的孔位，13——夹具下夹板上的螺栓孔，14——夹具上夹板上的螺栓孔，15——夹具上夹板上的开孔，16——夹具下夹板上的开孔。

具体实施方式：

下面结合附图所示实施例对本发明的具体实施方式作进一步的介绍：

一、制备本发明的产品：

1、采用深度反应离子刻蚀（DRIE）法在硅片（4）内制备驻波反应沟道（8）及样品进出样孔口（9）（10）。

2、在压电陶瓷（2）的正反两面分别用导电胶引出铜导线，用环氧树脂（3）将压电陶瓷耦合在硅片下方。

3、在载玻片上相应进、出样孔口处(12)用金刚石钻头打孔，然后在孔位上键合一层聚二甲基硅氧烷PDMS(6)，再在PDMS上用打孔器沿对应的玻璃孔洞上打孔。

4、夹具选用螺栓连接的上、下两层有机玻璃板。在其上层有机玻璃板上对

应载玻片上进、出样孔口的位置处开出便于聚二甲基硅氧烷PDMS材料在载玻片上形成的进、出样孔柱伸出上层有机玻璃板的孔位。在其下层有机玻璃板上对应键合在硅片下方的压电陶瓷位置处开出供压电陶瓷免受螺栓连接压力的孔位；

5、将载玻片上的进、出样孔位与硅片上驻波反应腔中的进、出样孔口对准，

将夹具的上层有机玻璃板上的孔位对准载玻片上的孔位，将夹具的下层有机玻璃上的孔位对准压电陶瓷，然后利用夹具螺栓将上、下夹板连接并上紧，即得到驻波筛选微流控芯片。

二、本发明产品与现有技术产品的效果对比：

附图4是用阳极键合制作的超声筛选微流控芯片（现有技术产品）的应用效果图。由图4可见血红细胞从原本在沟道两侧的受污染血浆中被聚集在中间干净的血浆，并于中间出口处被收集，而受污染的血浆从两侧的通道流出。

附图 5 是本发明的应用效果图。图中酵母菌在声场作用下从靠近沟道侧壁处被聚集在沟道中心成一字形向前流动。

从附图4和附图5可以看出，本发明在实际使用中，与现有技术产品具有相同的效果。

Claims

1.一种基于超声驻波的微流控筛选芯片，其特征在于：由载玻片、带有驻波反应腔的硅片、压电陶瓷通过夹具连成一体所构成，并且：

1)所述的带有驻波反应腔的硅片，其上的驻波反应腔由深度反应离子刻蚀(DRIE)法在硅片上形成的驻波反应沟道及其进、出样孔口所构成；

2)所述的载玻片覆盖在硅片上，其对应硅片上驻波反应腔进、出样孔口的位置处对应开有进、出样孔口，且孔壁和孔口周围键合有一层有机高分子材料；

3)所述的压电陶瓷耦合在硅片底部，其上、下两面均设有信号连接导线；

4)所述的夹具由螺栓连接的上、下夹板所构成；其上夹板覆盖在载玻片上，且其对应载玻片上进、出样孔口的位置处开有对应的孔口；其下夹板置于硅片的底部且其对应耦合在硅片底部的压电陶瓷的位置处开有对应的孔口。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声驻波的微流控筛选芯片，其特征在于：所述的压电陶瓷通过环氧树脂耦合在硅片底部。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于超声驻波的微流控筛选芯片，其特征在于：所述的有机高分子材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于超声驻波的微流控筛选芯片，其特征在于：所述的夹板材料为有机玻璃。

5.一种基于超声驻波的微流控筛选芯片的制备方法，其特征在于由下述步骤所构成：

1)利用深度反应离子刻蚀(DRIE)法在硅片上部制备所需的驻波反应沟道及其进、出样孔口；

2)在压电陶瓷的正、反两面分别引出信号连接导线后将压电陶瓷耦合在硅片底部；

3)在载玻片上与硅片上部驻波反应腔的进、出样孔口对应的位置处打孔，然后在其孔位上键合一层有机高分子材料，再在其有机高分子材料上对应打出孔位；

4)在夹具的上夹板上对应载玻片上进、出样孔口的位置处开出便于有机高分子材料在载玻片上形成的进、出样孔柱伸出上夹板的孔位，并在夹具的下夹板上对应耦合在硅片底部的压电陶瓷位置处开出供压电陶瓷免受螺栓连接压力的孔位；

5)将载玻片上的进、出样孔位与硅片上驻波反应腔中的进、出样孔口对准，将夹具的上夹板上的孔位对准载玻片上的孔位，将夹具的下夹板上的孔位对准压电陶瓷，然后利用夹具螺栓将上、下夹板连接并上紧。

6.根据权利要求5所述的一种基于超声驻波的微流控筛选芯片的制备方法，其特征在于：所述压电陶瓷正、反两面引出的信号连接导线为导电胶引出的导线。