聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其包括壓電基片、信號發(fā)生裝置、用于容納受熱微流體的PDMS微容器及用于向紙基微流器件中多個檢測區(qū)傳熱的金屬傳熱片，壓電基片的工作表面上設(shè)置有叉指換能器，且位于叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上設(shè)置有疏水層，PDMS微容器的底部緊貼連接于疏水層上，金屬傳熱片覆蓋于PDMS微容器的頂部，金屬傳熱片的外周端部向外延伸形成有多個傳熱區(qū)，傳熱區(qū)的位置與紙基微流器件中的檢測區(qū)的位置相對應(yīng)；優(yōu)點是當(dāng)受熱微流體受到聲表面波的輻射后溫度上升，產(chǎn)生的熱量經(jīng)金屬傳熱片的傳熱區(qū)傳遞給紙基微流器件中的檢測區(qū)，從而實現(xiàn)了對多個檢測區(qū)中的待測反應(yīng)液的并行同時加熱。
【專利說明】聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種紙基微流器件，尤其是涉及一種聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微流技術(shù)是將一系列生化分析操作，如抽樣、樣品預(yù)處理、分離、反應(yīng)、檢測和數(shù)據(jù)分析等，集成于一個微流基片上，由于其極大地降低了微流分析成本，并縮短了微流分析時間，因而獲得了快速發(fā)展。建立于微流技術(shù)上的微流分析系統(tǒng)，因具有靈活多樣的器件結(jié)構(gòu)、極小的微流體積和較小的系統(tǒng)尺寸，被廣泛應(yīng)用于DNA測序、蛋白質(zhì)分析、單細胞分析、毒品檢測和食物安全等領(lǐng)域。
[0003]常見的微流器件的基片主要有硅片、玻璃、石英和有機聚合物等材料，最近，紙基片因其具有重用性好、可生物降解、多孔性、與生物相容性好、便于儲存輸運等優(yōu)良特性，在微流器件的研究和應(yīng)用中得到了快速發(fā)展。以紙基片構(gòu)成的紙基微流器件相對于以研究得比較深入的硅片、玻璃、石英和有機聚合物等基質(zhì)材料構(gòu)成的微流器件而言，不僅具有基質(zhì)材料價格十分低廉，而且制作工藝十分簡單、制作設(shè)備十分廉價等優(yōu)點。紙基微流器件的一經(jīng)出現(xiàn)，即成為了微流控學(xué)前沿研究熱點，同時，也為市場潛力十分巨大的POCT(Point-Of-Care Testing,即時檢驗)更廣泛應(yīng)用，克服了成本障礙。
[0004]在紙基微流器件中，為實現(xiàn)高通量分析，往往在一個紙基片上同時制作多個檢測區(qū)，反應(yīng)液通過紙基微通道輸運到檢測區(qū)，與檢測區(qū)中的待檢測物實現(xiàn)生化反應(yīng)，通過反應(yīng)后檢測區(qū)中紙基片顏色變化定量待測物的濃度。與傳統(tǒng)的檢測方法一樣，有些生化反應(yīng)需要在高于室溫的環(huán)境下完成。因此，需要解決在紙基微流器件的檢測區(qū)中加熱反應(yīng)液，以提高檢測區(qū)中反應(yīng)液溫度的問題。紙基微流器件的低成本是其相對于其它基片微流器件的一個重要優(yōu)點，因而在紙基微流器件上增加檢測區(qū)加熱元件的同時，不至于較大幅度地提高紙基微流器件的成本，是一個重要的研究問題；同時，如何均勻、同時加熱同一紙基微流器件上的多個檢測區(qū)，也是實現(xiàn)紙基微流器件上實現(xiàn)反應(yīng)液加熱的一個難點。對國內(nèi)外文獻搜索，尚未見對紙基微流器件中檢測區(qū)的并行加熱的相關(guān)報道。因此現(xiàn)有的紙基微流器件只能完成常溫下即可實現(xiàn)生化反應(yīng)的微流分析，限制了其應(yīng)用性。如期刊《分析化學(xué)學(xué)報》2010 年第 674 卷第 I 期 227-233 頁(Analytica Chimica Acta, Vol.674 (I), 2010:227-233)公開了《多比色法指示器的紙基微流器件》(《Use of multiple colorimetricindicators for paper-based microf luidic devices》)，它是通過光刻技術(shù)在濾紙上構(gòu)建包含紙基微通道和多個檢測區(qū)的紙基微流器件，使用時待檢測物的指示劑點樣到檢測區(qū)，并在常溫下晾干，待測反應(yīng)液進樣到紙基微流器件的中心，在紙基微通道內(nèi)由于毛細管力作用，待測反應(yīng)液沿著紙基微通道輸運到檢測區(qū)，與檢測區(qū)中的指示劑進行顯色反應(yīng)，根據(jù)顯色反應(yīng)的顏色圖像來定量分析反應(yīng)液的濃度。該紙基微流器件雖然可以完成在常溫下即能實現(xiàn)生化反應(yīng)的微流分析，但是由于其無法實現(xiàn)檢測區(qū)中的待測反應(yīng)液的加熱，因此，其無法完成高于常溫下待測反應(yīng)液的分析，有待于改進。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、體積小，且能夠在高于室溫的環(huán)境下有效地實現(xiàn)檢測區(qū)中的生化反應(yīng)。
[0006]本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于包括壓電基片、用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生裝置、用于容納受熱微流體的PDMS微容器及用于向紙基微流器件中的多個檢測區(qū)傳熱的導(dǎo)熱性能良好的金屬傳熱片，所述的壓電基片的上表面為工作表面，所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有用于激發(fā)聲表面波且與所述的信號發(fā)生裝置連接的叉指換能器，所述的壓電基片的工作表面上且位于所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上設(shè)置有疏水層，所述的PDMS微容器具有頂部開口和底部開口，所述的PDMS微容器的底部緊貼連接于所述的疏水層上，所述的金屬傳熱片覆蓋于所述的PDMS微容器的頂部，并使容納于所述的PDMS微容器內(nèi)的受熱微流體分別與所述的疏水層和所述的金屬傳熱片接觸，所述的金屬傳熱片的外周端部向外延伸形成有多個傳熱區(qū)，所述的傳熱區(qū)的位置與紙基微流器件中的檢測區(qū)的位置相對應(yīng)。
[0007]所述的信號發(fā)生裝置由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器及與所述的信號發(fā)生器連接的功率放大器組成，所述的功率放大器與所述的叉指換能器連接。
[0008]所述的壓電基片的下表面上連接有PCB板，所述的PCB板上設(shè)置有多個引線腳，所述的叉指換能器包括兩個匯流條，所述的匯流條通過導(dǎo)線與所述的引線腳相連接，所述的引線腳通過導(dǎo)線與所述的功率放大器相連接。
[0009]所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有用于反射所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的反射柵。
[0010]所述的金屬傳熱片采用銅片或鋁片。
[0011 ] 所述的受熱微流體為石蠟油。
[0012]所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有至少兩個所述的叉指換能器，且所有所述的叉指換能器具有相同的尺寸，所有所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑各不相同且相交形成有公共區(qū)域，所述的疏水層位于所述的公共區(qū)域上。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:通過在壓電基片的工作表面上設(shè)置叉指換能器，并在壓電基片的工作表面上且位于叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上設(shè)置疏水層，使PDMS微容器的底部緊貼連接于疏水層上，并將金屬傳熱片覆蓋于PDMS微容器的頂部上，金屬傳熱片的外周端部向外延伸形成有多個傳熱區(qū)，傳熱區(qū)的位置與紙基微流器件中的檢測區(qū)的位置相對應(yīng)，這樣當(dāng)容納于PDMS微容器內(nèi)且與金屬傳熱片接觸的受熱微流體受到聲表面波的輻射后溫度上升，受熱微流體產(chǎn)生的熱量經(jīng)金屬傳熱片的傳熱區(qū)后傳遞給紙基微流器件中的檢測區(qū)，從而實現(xiàn)了對多個檢測區(qū)中的待測反應(yīng)液的并行同時加熱；此外，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，且體積小，可用于壓電微流芯片進行紙基微流分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0016]本實用新型提出的一種聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，如圖所不，其包括壓電基片1、用于產(chǎn)生RF (Radio Frequency,射頻)電信號的信號發(fā)生裝置2、用于容納受熱微流體的PDMS (polydimethylsiloxane,聚二甲基娃氧燒)微容器3及用于向紙基微流器件中的多個檢測區(qū)傳熱的導(dǎo)熱性能良好的金屬傳熱片4，壓電基片I的上表面為工作表面，壓電基片I的工作表面上米用現(xiàn)有的微電子工藝光刻有用于激發(fā)聲表面波且與信號發(fā)生裝置2連接的叉指換能器11，壓電基片I的工作表面上采用現(xiàn)有的微電子工藝還光刻有用于反射叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的反射柵12，壓電基片I的工作表面上且位于叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上設(shè)置有疏水層13, PDMS微容器3僅具有周壁，即PDMS微容器3具有頂部開口和底部開口，PDMS微容器3的頂部開口和底部開口與PDMS微容器3的內(nèi)部相通，PDMS微容器3的底部緊貼連接于疏水層13上，金屬傳熱片4覆蓋于PDMS微容器3的頂部，PDMS微容器3內(nèi)裝有受熱微流體5如石蠟油等，容納于PDMS微容器3內(nèi)的受熱微流體5分別與疏水層13和金屬傳熱片4接觸,金屬傳熱片4的外周端部向外延伸形成有多個傳熱區(qū)41，傳熱區(qū)41的位置與紙基微流器件中的檢測區(qū)的位置相對應(yīng)，使用時將紙基微流器件置于金屬傳熱片4的上方，且使檢測區(qū)貼于傳熱區(qū)41的正上方。工作時，信號發(fā)生裝置2產(chǎn)生RF電信號，并加載到叉指換能器11上，叉指換能器11激發(fā)聲表面波，且激發(fā)的聲表面波作用于受熱微流體5上，當(dāng)受熱微流體5受到聲表面波的輻射后溫度上升，受熱微流體5產(chǎn)生的熱量經(jīng)金屬傳熱片4的傳熱區(qū)41傳遞給紙基微流器件中的檢測區(qū)，從而實現(xiàn)對紙基微流器件中的多個檢測區(qū)中的待測反應(yīng)液的并行同時加熱。
[0017]在此具體實施例中，壓電基片I可采用機電耦合系數(shù)稍大的壓電基片，基本可取機電耦合系數(shù)大于5.5%的壓電基片，如128°-YX LiNbO3壓電基片，因為在相同的RF電信號下，設(shè)置于具有較大機電耦合系數(shù)的壓電基片上的叉指換能器11能夠產(chǎn)生幅度較大的聲表面波，這樣易于利用幅度較大的聲表面波輻射受熱微流體5而使受熱微流體5的溫度升的較高、較快。
[0018]在此具體實施例中，信號發(fā)生裝置2由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器21及與信號發(fā)生器21連接的功率放大器22組成，功率放大器22與叉指換能器11連接，壓電基片I的下表面上連接有PCB板6，PCB板6上設(shè)置有多個引線腳61，叉指換能器11包括兩個匯流條111，匯流條111通過細導(dǎo)線經(jīng)壓焊或?qū)щ娿y膠等方式與引線腳61相連接，引線腳61通過導(dǎo)線與功率放大器22相連接；工作時信號發(fā)生器21輸出RF電信號，該RF電信號經(jīng)功率放大器22放大后再加載到叉指換能器11上，叉指換能器11在RF電信號的作用下激發(fā)聲表面波。在此，信號發(fā)生器21和功率放大器22均采用現(xiàn)有技術(shù)。在此,PCB板6也可由其它現(xiàn)有的可以固定導(dǎo)線的基板替代。
[0019]在此具體實施例中，可將PDMS微容器3設(shè)計成柱狀，其用于防止受熱微流體運動，同時用于支撐金屬傳熱片4, PDMS微容器3主要由體積比為(5?12):1的道康寧184的單體和固化劑混合制備而成。制備PDMS微容器3時可采用模塑法，在制備過程中，為能夠使PDMS微容器3的底部能夠較好地緊貼粘在疏水層13上，可適當(dāng)提高單體和固化劑的體積比比例，從而使得制成的PDMS微容器3具有比較好的柔軟性，不僅能夠提高PDMS微容器3粘貼于疏水層13上的固定力，而且在PDMS微容器3較好地粘貼于疏水層13上時，兩者之間不會存在縫隙，從而有效防止了位于PDMS微容器3內(nèi)的受熱微流體5通過縫隙滲到PDMS微容器3外。如果在制備PDMS微容器3時選取的單體和固化劑的體積比例較小，則可在制成的PDMS微容器3的周壁的底部再涂上一層由具有較高體積比例的單體和固化劑混合而成的PDMS聚合物，并經(jīng)過80°C恒溫箱固化I小時，這樣，PDMS微容器3的周壁的底部即可比較牢固地與疏水層13粘合。
[0020]在此具體實施例中，金屬傳熱片4可采用銅片或鋁片，也可以采用其它導(dǎo)熱性能良好的金屬片。
[0021]在實際制備該裝置時，可根據(jù)實際情況在壓電基片I的工作表面上設(shè)置多個叉指換能器11，且所有叉指換能器11具有相同的尺寸，并要求所有叉指換能器11激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑各不相同，這樣這些聲傳輸路徑相交會形成一個公共區(qū)域，并使疏水層13位于該公共區(qū)域上。因此在設(shè)置叉指換能器11時，可將叉指換能器11設(shè)計在壓電基片I的工作表面靠近側(cè)邊的區(qū)域上，而將疏水層13設(shè)計在壓電基片I的工作表面的中心區(qū)域上，這樣可在壓電基片I的工作表面的四周多設(shè)置幾個叉指換能器11，可從多個角度輻射受熱微流體5。一般情況下，如圖所示，在壓電基片I的工作表面上設(shè)置兩個叉指換能器11即可，兩個叉指換能器11位于壓電基片I的工作表面對稱的兩側(cè)邊緣區(qū)域。
[0022]在此具體實施例中，要求疏水層13位于叉指換能器I激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上，這樣保證了受熱微流體5位于聲傳輸路徑上，該疏水層13為在聲傳輸路徑上涂覆一層Teflon AF 1600疏水材料，再經(jīng)160°C恒溫箱烘干I小時形成。疏水層13的厚度應(yīng)設(shè)計的適中，這是因為如果疏水層13太厚，則衰減聲表面波太大，如果疏水層13太薄，則壓電基片I的表面疏水性不夠好，將導(dǎo)致受熱微流體5通過PDMS微容器3與疏水層13之間可能存在的縫隙中滲出，因此可將該疏水層13的厚度控制在I?3μπι范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于包括壓電基片、用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生裝置、用于容納受熱微流體的PDMS微容器及用于向紙基微流器件中的多個檢測區(qū)傳熱的導(dǎo)熱性能良好的金屬傳熱片，所述的壓電基片的上表面為工作表面，所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有用于激發(fā)聲表面波且與所述的信號發(fā)生裝置連接的叉指換能器，所述的壓電基片的工作表面上且位于所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑上設(shè)置有疏水層，所述的PDMS微容器具有頂部開口和底部開口，所述的PDMS微容器的底部緊貼連接于所述的疏水層上，所述的金屬傳熱片覆蓋于所述的PDMS微容器的頂部，并使容納于所述的PDMS微容器內(nèi)的受熱微流體分別與所述的疏水層和所述的金屬傳熱片接觸，所述的金屬傳熱片的外周端部向外延伸形成有多個傳熱區(qū)，所述的傳熱區(qū)的位置與紙基微流器件中的檢測區(qū)的位置相對應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于所述的信號發(fā)生裝置由用于產(chǎn)生RF電信號的信號發(fā)生器及與所述的信號發(fā)生器連接的功率放大器組成，所述的功率放大器與所述的叉指換能器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于所述的壓電基片的下表面上連接有PCB板，所述的PCB板上設(shè)置有多個引線腳，所述的叉指換能器包括兩個匯流條，所述的匯流條通過導(dǎo)線與所述的引線腳相連接，所述的引線腳通過導(dǎo)線與所述的功率放大器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有用于反射所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的反射柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于所述的金屬傳熱片采用銅片或鋁片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于所述的受熱微流體為石蠟油。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲表面波實現(xiàn)紙基微流器件中多個檢測區(qū)并行加熱的裝置，其特征在于所述的壓電基片的工作表面上設(shè)置有至少兩個所述的叉指換能器，且所有所述的叉指換能器具有相同的尺寸，所有所述的叉指換能器激發(fā)的聲表面波的聲傳輸路徑各不相同且相交形成有公共區(qū)域，所述的疏水層位于所述的公共區(qū)域上。
【文檔編號】B01L3/00GK203470015SQ201320542947
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】章安良, 付相庭, 查燕 申請人:寧波大學(xué)