CN102419323A - 一种适用于微量液体混合化学发光反应的器件 - Google Patents

Abstract

本发明为一种适用于微量液体混合化学发光反应的器件，包括上下配合的上盖板和下底板；上盖板外侧两端部设有凹室，上盖板内侧面中部设有微量液体流经的微流道结构，微流道结构分为进样、混合和废液流出部分；在微流道结构的混合部分上方开有光孔，进样部分上方设有进样口，废液流出部分上方设有废液出口；下底板内侧设有两组声表面波发生结构和一组微加热与温度控制结构，每组声表面波发生结构包括叉指电极部分和布拉格反射条部分，所述微加热与温度控制结构包括加热薄膜电阻部分和测温薄膜电阻部分。该反应器能够实现两种微量化学液体的充分混合，并且能够精确控制化学反应的温度，可以极大地增强化学发光反应效能。

Description

一种适用于微量液体混合化学发光反应的器件

技术领域

本发明属于应用微纳制造技术领域，涉及一种化学试样的检测器件，尤其是一种适用于微量液体混合化学发光反应的器件。

背景技术

应用微纳制造技术，将化学试样的混合、反应、检测等功能集成在微小的体积内，可以实现生化检测系统的微型化和低成本化。采用微纳制造技术形成的微流控系统易于与检测电路集成化制造，实现分析仪器的自动化、微型化。

化学发光是两种化学试样混合后发生反应，伴随化学反应过程产生的光发射现象，可以通过测定发光强度来确定参与反应的化学试样成分。目前广泛使用的化学发光仪产品，多采用外部机械振荡的方式，试图提高微量液体的混合程度，但由于试样量较小，效果并不明显。另外，这些发光仪都不具备局部微环境的温度精确控制功能，无法完成微量、高效能的化学发光反应需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适用于微量液体混合化学发光反应的器件，该器件是一种能够提高微量液体化学发光反应效能的微反应器，可以实现反应液体的充分混合和反应温度的精确控制。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种适用于微量液体混合化学发光反应的器件，包括上下配合的上盖板和下底板；所述上盖板外侧两端部设有凹室，上盖板内侧面中部设有微量液体流经的微流道结构，所述微流道结构分为进样、混合和废液流出部分；在微流道结构的混合部分上方开有光孔，所述进样部分上方设有进样口，所述废液流出部分上方设有废液出口；所述下底板内侧设有两组声表面波发生结构和一组微加热与温度控制结构，每组声表面波发生结构包括叉指电极部分和布拉格反射条部分，所述微加热与温度控制结构包括加热薄膜电阻部分和测温薄膜电阻部分；所述上盖板的内侧面与下底板的内侧面对接配合，其中上盖板两侧的凹室分别正对下底板的声表面波发生结构，上盖板中部的微流道结构正对下底板内侧的微加热与温度控制结构。

上述光孔、进样口和废液出口垂直设于上盖板的外侧面上。

在微流道结构中，所述进样部分由两条汇集至混合部分的进样流道组成，该两个进样流道的上方分别设有进样口。

本发明进一步限定为，以上所述上盖板为矩形板状结构，采用PDMS材料。

上述光孔内埋入拾取和传输化学反应导致的光信号的光纤。

上述下底板的基底材料为铌酸锂晶片。

上述声表面波发生结构的叉指电极部分和布拉格反射条部分采用铝金属薄膜材料制成。

上述微加热与温度控制结构的加热薄膜电阻部分和测温薄膜电阻部分由金属铂材料制成。

本发明具有以下有益效果：

本发明的器件具有声表面波振荡液体功能和微环境温度控制功能，可以极大地提高微量液体化学发光反应的效能。并且本发明底板5内侧的声表面波结构与上盖板微流道构型设计是综合考虑的。给叉指电极通以交流电信号就会产生声表面波，作用于微流通道中；在叉指电极的两侧设计布拉格反射栅条，这样声表面波在微流道中就会形成驻波谐振。叉指电极条中，每一对叉指电极都能在基片内激发声表面波，穿越混合液体的振荡驻波是每对叉指电极激发波的叠加。根据波的干涉原理，当外加电信号电压的频率所对应的声波长，与叉指电极排列的空间周期尺寸相等时，各对电极激发的波完全同相位，此时叉指电极激发的波能最强。在上盖板中对应叉指电极正上方的位置设计了凹室2，以减小声表面波在固体中传播的能量损失。

附图说明

图1本发明上盖板1结构示意图；

图2本发明上盖板1内侧结构图；

图3本发明下底板5内侧结构图；

图4本发明声表面波发生结构6的组成示意图；

图5本发明微加热与温度控制结构7的组成示意图。

其中：1为上盖板；2为凹室；3为微流道结构；4为光孔；5为下底板；6为声表面波发生结构；7为微加热与温度控制结构；8、9为进样口；10为废液出口；11为叉指电极部分；12为布拉格反射条部分；13为加热薄膜电阻部分；14为测温薄膜电阻部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明适用于微量液体混合化学发光反应的器件，由上下配合的上盖板1和下底板5两个板状结构组成。

参见图1和图2：上盖板1外侧两端部设有凹室2，上盖板1内侧中部设有微量液体流经的微流道结构3，微流道结构3为Y型凹槽结构，微流道结构3分为进样、混合和废液流出部分；在微流道结构3的混合部分上方开有光孔4，进样部分上方设有进样口，废液流出部分上方设有废液出口10。光孔4、进样口和废液出口10垂直设于上盖板1的外侧面上。在微流道结构3中，进样部分由两条汇集至混合部分的进样流道组成，该两个进样流道的上方分别设有进样口8和9。另外本发明在光孔4内还埋入用以拾取和传输化学反应导致的光信号的光纤。

参见图3：下底板5内侧面设有两组声表面波发生结构6和一组微加热与温度控制结构7，每组声表面波发生结构6包括叉指电极部分11和布拉格反射条部分12，微加热与温度控制结构7包括加热薄膜电阻部分和测温薄膜电阻部分。

以上上盖板1与下底板5的装配关系为：上盖板1的内侧面与下底板5的内侧面对接配合，其中上盖板1的凹室2分别正对下底板5的声表面波发生结构6，上盖板1中部的微流道结构3正对下底板5内侧的微加热与温度控制结构7。上盖板1与下底板5粘结成为一体，形成本发明的器件。

在本发明的较佳实施例中，上盖板1选用PDMS材料，采用SU-8胶模塑软压印微制造工艺制成。下底板5可直接采用128°旋转Y切割X传播方向的铌酸锂压电晶片为基片，或是在基片上磁控溅射LiNbO₃薄膜；而后采用MEMS工艺分层套刻绝缘层、叉指电极、布拉格反射栅条和加热温控电阻条等。这些器件与电子线路可以集成制造，信号处理方便易行，可控性好。

如图4所示：本发明下底板5上的每组声表面波发生结构6由叉指电极结构11和布拉格反射条结构12组成，为MEMS工艺铝金属薄膜层。

如图5所示：下底板5上的微加热与温度控制结构7由加热薄膜电阻部分13和测温薄膜电阻部分14组成。加热薄膜电阻部分13是电阻条，通电后发热。测温薄膜电阻部分14为测试微环境温度的传感器敏感头。

在本发明的较佳实施例中，如图1和图2所示的上、下板状结构粘合在一起形成反应器件。使用时，预先通过叉指电极部分11的引线加入正弦交变电压信号，在微流道结构3的空腔中产生稳定的机械驻波。预先通过加热薄膜电阻部分13的引线连通电流信号，并通过测温薄膜电阻部分14的引线连接到外部设备实时测定微环境温度，经过控制算法确定加热电压信号大小，实现微流道混合区域的精确温度控制。然后如图1所示，从进样口8、9注入化学反应液体，从废液出口10流出反应废液；在光孔4处埋入光纤，可以拾取和传输化学液体混合反应的光信号。

Claims (8)

1.一种适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，包括上下配合的上盖板(1)和下底板(5)；所述上盖板(1)外侧两端部设有凹室(2)，上盖板(1)内侧中部设有微量液体流经的微流道结构(3)，所述微流道结构(3)分为进样、混合和废液流出部分；在微流道结构(3)的混合部分上方开有光孔(4)，所述进样部分上方设有进样口，所述废液流出部分上方设有废液出口(10)；所述下底板(5)内侧面设有两组声表面波发生结构(6)和一组微加热与温度控制结构(7)，每组声表面波发生结构(6)包括叉指电极部分(11)和布拉格反射条部分(12)，所述微加热与温度控制结构(7)包括加热薄膜电阻部分和测温薄膜电阻部分；所述上盖板(1)的内侧面与下底板(5)的内侧面对接配合，其中上盖板(1)的凹室(2)分别正对下底板(5)的声表面波发生结构(6)，上盖板(1)中部的微流道结构(3)正对下底板(5)内侧的微加热与温度控制结构(7)。

2.根据权利要求1所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，所述光孔(4)、进样口和废液出口(10)垂直设于上盖板(1)的外侧面上。

3.根据权利要求1或2所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，在微流道结构(3)中，所述进样部分由两条汇集至混合部分的进样流道组成，该两个进样流道的上方分别设有进样口。

4.根据权利要求1所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，所述上盖板(1)为矩形板状结构，采用PDMS材料。

5.根据权利要求1所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，所述光孔(4)内埋入拾取和传输化学反应导致的光信号的光纤。

6.根据权利要求1所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，所述下底板(5)的基底材料为铌酸锂晶片。

7.根据权利要求1或6所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，所述声表面波发生结构(6)的叉指电极部分和布拉格反射条部分采用铝金属薄膜材料制成。

8.根据权利要求1或6所述的适用于微量液体混合化学发光反应的器件，其特征在于，所述微加热与温度控制结构(7)的加热薄膜电阻部分和测温薄膜电阻部分由金属铂材料制成。

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