CN211636564U - 一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，属于微流控芯片技术领域。包括基片层，通道层，以及盖片层，所述通道层上设置有若干个通道，所述盖片层在通道汇合处设置有缺口，所述盖片层上还设置有以缺口为圆心的空心圆柱，所述空心圆柱上设置有压电陶瓷泵；所述压电陶瓷泵包括泵盖，连接部以及顶体，所述泵盖安装在空心圆柱顶部，所述连接部位于空心圆柱的空腔内，所述顶体与缺口的位置相对应。本实用新型微流控芯片能实现微液滴分流，一个压电陶瓷泵对应多个通道，可以实现多通道微液滴的生成，还可以通过不同通道横截面口径来实现液滴大小的调整。
Description
技术领域
本实用新型属于微流控芯片技术领域，具体为一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片。
背景技术
微流控技术的发展成果正在为医学检测领域注入新的活力。尤其是微液滴技术，能够在更加精细的层面上完成生物样本的处理和检测分析。大幅度减少所需样本量的同时，能够提供更加准确全面的检测分析结果。在单细胞测序，核酸定量，高通量育种等诸多领域展现了广阔的应用前景。虽然基于微流控技术的微滴生成方法已经成熟，但是其技术本身带来的高昂成本以及复杂的转液手工操作使用户苦不堪言。
微流控芯片通过对微量液体进行操控,能在几平方厘米的芯片上实现环境检测、药物筛选、疾病即时诊断等功能,具有低样品消耗、高分析速度、高通量、微型、便携等优势。微流控芯片内的液体精确驱动主要依靠微泵来实现,利用毛细-蒸发效应驱动的微泵,工作过程不需外界能源输入,易集成和控制、驱动力强,在微流控芯片液体驱动方面具有巨大发展潜力,然而由于工作机理研究不足,此类微泵未能实现良好的结构设计。
实用新型内容
本实用新型微流控芯片以独立设计的压电陶瓷泵为主体，能实现多通道的微液滴的产生和微泵流量的控制，不受微孔和环境因素影响。
本实用新型目的通过以下技术方案来实现：
一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，从下至上包括基片层，通道层，以及盖片层，所述通道层上设置有若干个通道，所述盖片层在通道汇合处设置有缺口，所述盖片层上还设置有以缺口为圆心的空心圆柱，所述空心圆柱上设置有压电陶瓷泵；
所述压电陶瓷泵包括泵盖，连接部以及顶体，所述泵盖安装在空心圆柱顶部，所述连接部位于空心圆柱的空腔内，所述顶体与缺口的位置相对应；
泵盖，空心圆柱以及盖片层围成的空间形成了液体的分流腔体。
进一步，所述顶体为十字结构，其底部末端为圆弧状，圆弧曲率半径为150-300μm。
进一步，所述通道包括主通道和侧通道，其中主通道为液体经过压电陶瓷泵前流通的通道，侧通道为液体经过压电陶瓷泵后流通的通道。
进一步，所述通道为四个且相互垂直。
进一步，所述基片层、盖片层以及圆柱的材料为PMMA，PDMS，玻璃中的一种。
进一步，所述通道层的材料为聚酯膜；所述通道的深度为10-30μm，宽度为200-500μm。
进一步，所述通道的截面为圆形或矩形，通道的横截面口径大小为200-500μm，不同的通道产生的液滴范围为800～1100μm。
进一步，所述压电陶瓷泵的材料为钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT中的一种。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
通过压电陶瓷泵结构的设计，配合电流脉冲实现压电陶瓷泵的纵向形变，从而控制微液滴的产生。传统方法以及振动微滴制备法，对生成液滴的大小限制很高，本实用新型通过设计压电陶瓷泵配合工作电流与频率来实现固定大小微滴的生成，从而便于实现产品的标准化。
本实用新型微流控芯片能实现微液滴分流，一个压电陶瓷泵对应多个通道，可以实现多通道微液滴的生成，还可以通过不同通道横截面口径来实现液滴大小的调整。相比于微阀控制法，其需要控制多个不同的微阀，对时间配合的要求很高，每秒钟生成的微滴数量受到一定限制。
微流控芯片可以实现单次脉冲中生成多通道的液滴。提高了工作效率，简化了微流控结构的设计。
附图说明
图1为压电陶瓷泵微流控芯片的结构示意图；
图2为压电陶瓷泵微流控芯片的剖视图；
图3为压电陶瓷泵的结构示意图；
图4为顶体为十字结构时的结构示意图；
附图标记：1-基片层，2-通道层，202-通道，3-盖片层，301-缺口，4-空心圆柱，5-压电陶瓷泵，501-泵盖，502-连接部，503-顶体，6-分流腔体，7-微液滴。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，如图1，图2，图3所示。从下至上包括基片层1，通道层2，以及盖片层3，所述通道层2上设置有若干个通道22，所述盖片层3在通道22汇合处设置有缺口301，所述盖片层3上还设置有以缺口301为圆心的空心圆柱4，所述空心圆柱4上设置有压电陶瓷泵5；
所述压电陶瓷泵5包括泵盖501，连接部502以及顶体503，所述泵盖501安装在空心圆柱4顶部，所述连接部502位于空心圆柱4的空腔内，所述顶体503与缺口301的位置相对应；
泵盖501，空心圆柱4以及盖片层3围成的空间形成了液体的分流腔体6。
本实用新型微流控芯片中，基片层1的作用是给整个芯片提供硬质支撑，常用玻璃等硬质不变形材料或PDMS、PMMA等芯片常用材料，通道层2的作用是在内部刻蚀多个通道22，该通道22是液体及液滴的流动通道22,盖片层3的作用是给压电陶瓷泵5安装固定提供位点。盖片层3在通道22汇合处设置的缺口301是为了将液体流入分流腔体6内，并经过压电陶瓷泵5的挤压从缺口301分流到不同的通道22，进而实现液体的分流，形成微液滴7。空心圆柱4的作用是为了实现压电陶瓷泵5的安装和支撑，同时与盖片、压电陶瓷泵5形成分流腔体6。压电陶瓷泵5在方波交流电的控制下能产生压力变化，从而形成形变，泵盖501以及连接部502向中心处收拢实现纵向伸长，实现在空心圆柱4空腔内的整个压电陶瓷泵5向下运动。整个压电陶瓷泵5向下运动对分流腔体6内的液体进行挤压，液体从缺口301压出分流腔体6并进入不同的通道22内，形成微液滴7。
压电陶瓷泵5的泵盖501是为了实现整个压电陶瓷的安装和固定，连接部502实现顶体503和泵盖501的连接，顶体503在液体流出的位置形成分流结构，起到将液体均分到不同的方向的作用。
所述通道22包括主通道和侧通道，其中主通道为液体经过压电陶瓷泵5前流通的通道22，侧通道为液体经过压电陶瓷泵5后流通的通道22。
所述通道22为四个且相互垂直。将顶体503优选为十字结构与四个通道22相对应，用十字结构将分流腔体6内的液体均分为四份，分别对应不同的通道22，从而同时产生多通道22的微液滴7。当顶体503优选为十字结构时，其底部末端为圆弧状，圆弧曲率半径为150-300μm，具体结构如图4所示。
所述基片层1、盖片层3以及圆柱的材料为PMMA，PDMS，玻璃中的一种。所述通道层2的材料为聚酯膜；所述通道22的深度为10-30μm，宽度为200-500μm。所述通道224的截面为圆形或矩形，通道224的横截面口径大小为200-500μm，不同的通道22产生的微液滴7范围为800～1100μm。
所述压电陶瓷泵5的材料为钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT中的一种。将压电陶瓷泵5优选为上述材料，可以实现当接入方波交流电时产生压力变化，形成纵向形变，泵盖501向中心处收拢，进而进入空心圆柱4的空腔内并向下运动。当然，本实用新型压电陶瓷泵5的材料并不限于上述几种，只要能实现纵向形变，使整个泵体向下运动，实现对有分流腔体6内液体挤压的均可。
本实用新型微流控芯片的具体制备可以采用本领域的常规组装技术，只要是按照本实用新型设定的结构进行制备即可。作为一种优选方式，可以采用下述步骤实现本申请微流控芯片的制备：
1、通过CAD软件设计出微流控芯片通道22图形，使用CO2激光雕刻机在通道层2(聚酯膜)上刻蚀通道22图形并裁切；用雕刻机切割相同尺寸的PMMA基片层1和盖片层3各一块，并在盖片层3上刻蚀出液体流入和流出的缺口301；
2、将基片层1、通道层2和盖片层3对齐叠放，常温下采用热压键合的方式进行键合；
3、空心圆柱4底部与盖片之间用等离子氧化处理后，或涂布交联剂后，再将二者复合在一起，实现不可逆封接。将压电陶瓷泵5泵盖501安装在空心圆柱4上；
4、待各部件组装完成后，通过控制压电陶瓷泵5的电压大小形成稳定的微液滴7输出。
本实用新型微流控芯片的具体工作过程如下：
液体从通道层2的通道22(主通道)流入，并通过缺口301进入并充满分流腔体6；压电陶瓷泵5在方波交流电的控制下能产生压力变化，从而形成纵向形变，泵盖501以及连接部502向中心处收拢实现纵向伸长，实现在空心圆柱4空腔内的整个压电陶瓷泵5向下运动，进而对分流腔体6内的液体进行挤压，液体从缺口301压出分流腔体6并进入不同的通道22内，形成微液滴7。待液体分流完毕后，交流电断开，压电陶瓷泵5向上运动并恢复形变，固定在空心圆柱4的顶部。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，从下至上包括基片层，通道层，以及盖片层，所述通道层上设置有若干个通道，所述盖片层在通道汇合处设置有缺口，所述盖片层上还设置有以缺口为圆心的空心圆柱，所述空心圆柱上设置有压电陶瓷泵；所述压电陶瓷泵包括泵盖，连接部以及顶体，所述泵盖安装在空心圆柱顶部，所述连接部位于空心圆柱的空腔内，所述顶体与缺口的位置相对应；泵盖，空心圆柱以及盖片层围成的空间形成了液体的分流腔体。
2.如权利要求1所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述顶体为十字结构，其底部末端为圆弧状，圆弧曲率半径为150-300μm。
3.如权利要求1所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述通道包括主通道和侧通道，其中主通道为液体经过压电陶瓷泵前流通的通道，侧通道为液体经过压电陶瓷泵后流通的通道。
4.如权利要求3所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述通道为四个且相互垂直。
5.如权利要求1所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述基片层、盖片层以及圆柱的材料为PMMA，PDMS，玻璃中的一种。
6.如权利要求1所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述通道层的材料为聚酯膜；所述通道的深度为10-30μm，宽度为200-500μm。
7.如权利要求1所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述通道的截面为圆形或矩形，通道的横截面口径大小为200-500μm，不同的通道产生的液滴范围为800～1100μm。
8.如权利要求1所述一种用于生成多通道微液滴的压电陶瓷泵微流控芯片，其特征在于，所述压电陶瓷泵的材料为钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT中的一种。
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