專利名稱：微域加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱裝置(heating module)，且特別是涉及一種微域(microscale)加熱裝置。
背景技術(shù)：
微流體技術(shù)在傳統(tǒng)生化分析上的應(yīng)用很多，如微泵、微閥門、微過濾器、微混合器、微管道、微傳感器等組件，大多集中制作于生化芯片上，以進行樣品前處理、混合、傳輸、分離和偵測等程序。其中，利用微流體芯片(microfluidic chip)進行生物醫(yī)學(xué)檢測或分析，具有降低人工操作的實驗誤差、提高系統(tǒng)穩(wěn)定度、降低耗能與樣品用量，以及節(jié)省人力與時間等優(yōu)點。
一般而言，微流體芯片是運用半導(dǎo)體的蝕刻技術(shù)，在玻璃或塑料基板上刻出微小管道，使檢體在此微小管道中流動，依序完成諸如溶液混合、分子分離等化學(xué)反應(yīng)，亦即把整個生化實驗室的功能建構(gòu)在小尺寸單元中。而且，因為在微流體芯片中執(zhí)行的檢測或分析大多需要在特定溫度范圍內(nèi)進行，因此需要設(shè)置加熱裝置。
對于傳統(tǒng)的加熱方式而言，最基本也最簡單的莫過于以外加熱源的方式直接加熱整個系統(tǒng)，但此方法的最大缺點是消耗較多的能量和加熱到一些不必升溫的區(qū)域。因此，當(dāng)微機電技術(shù)日益成熟后，加熱裝置便改由直接在這些微小區(qū)域中直接形成微機電加熱裝置。不過，由于是在微小區(qū)域加熱，若沒有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計電阻加熱器的長、寬和厚度，會有加熱區(qū)內(nèi)溫差較大的現(xiàn)象出現(xiàn)。而且，無論是傳統(tǒng)加熱方式或者微機電加熱方式，多半是采取將整個系統(tǒng)一起加熱的方式處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是在提供一種微域加熱裝置，以使微流體芯片的工作區(qū)得到均勻的溫度分布，并且使流體受溫度影響的幾率降至最低。
本發(fā)明提出一種微域加熱裝置，用以加熱一個微流體芯片，且微流體芯片通常包括出口、入口與一個工作區(qū)，其中工作區(qū)位于出口與入口之間。而本發(fā)明之微域加熱裝置包括一個預(yù)熱部位以及一個加熱部位。其中，預(yù)熱部位對應(yīng)于前述微流體芯片的入口配置，而加熱部位則與預(yù)熱部位相連，并圍繞于微流體芯片的工作區(qū)周圍，以使上述工作區(qū)具有均勻的溫度分布。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所述之微域加熱裝置，其中預(yù)熱部位重迭于微流體芯片的入口。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所述之微域加熱裝置，其中預(yù)熱部位可圍繞于微流體芯片的入口周圍。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所述之微域加熱裝置，其中加熱部位與微流體芯片的工作區(qū)相隔一段距離。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所述之微域加熱裝置，其中當(dāng)微流體芯片中的流體流速愈快時，預(yù)熱部位的面積設(shè)計得愈大；反之，當(dāng)微流體芯片中的流體流速愈慢時，預(yù)熱部位的面積設(shè)計得愈小。
本發(fā)明因為利用微流體芯片內(nèi)置特殊形狀的加熱器，可將流體導(dǎo)入微結(jié)構(gòu)腔體后，形成穩(wěn)定的均勻溫度區(qū)域；當(dāng)流體速度改變時，此工作區(qū)域仍可保持均勻溫度。本裝置提供微流體芯片內(nèi)一個可置放樣本的區(qū)域，其所需之流體均溫功能。此微小區(qū)域加熱裝置簡單、工作流速范圍大、工作區(qū)域面積大，深具發(fā)展?jié)摿Γ蓱?yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)(cell culture)、細(xì)胞對藥物檢測(cell topharmaceuticals test)或生化檢測(biochemical test)等。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。


圖1A為依照本發(fā)明之第一實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
圖1B為圖1A的裝置在加熱時的仿真溫度分布點狀示意圖。
圖2為依照本發(fā)明之第二實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
圖3為依照本發(fā)明之第三實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
圖4為依照本發(fā)明之第四實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
主要組件符號說明100、200、300、400微流體芯片102、202、302入口104、204、304出口106、206、306、406工作區(qū)110、210、310、410微域加熱裝置112、212、312、412預(yù)熱部位114、214、314、414加熱部位具體實施方式
本發(fā)明的微域加熱裝置是用來加熱微流體芯片，且其設(shè)計概念在于將整個微域加熱裝置分為一個預(yù)熱部位和一個加熱部位。其中，預(yù)熱部位是對應(yīng)于前述微流體芯片的流體入口，以便流體在進入微流體芯片的工作區(qū)前，先提升其溫度。而加熱部位則是圍繞于微流體芯片的工作區(qū)周圍，以便將工作區(qū)內(nèi)流體加熱至特定的均勻溫度。以下特舉數(shù)個實施例作為例子，但并不表示本發(fā)明的裝置被局限于這幾個實施例中。
圖1A為依照本發(fā)明之第一實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
請參照圖1A，這個實施例中有微流體芯片100，且微流體芯片100通常包括入口102、出口104與一個工作區(qū)106，其中工作區(qū)106位于出口104與入口102之間。而本實施例之微域加熱裝置110則包括一個預(yù)熱部位112以及一個加熱部位114。其中，預(yù)熱部位112譬如是對應(yīng)于前述微流體芯片100的入口102配置，并且重迭于這個入口102處。而加熱部位114則與預(yù)熱部位112相連并圍繞于微流體芯片100的工作區(qū)106周圍，以使上述工作區(qū)106具有均勻的溫度分布。其中，加熱部位114與工作區(qū)106相隔一段距離。當(dāng)一般的微流體芯片100設(shè)置有本發(fā)明的微域加熱裝置110后，可將流體以適當(dāng)?shù)乃俣葘?dǎo)入芯片中，使工作區(qū)106內(nèi)的流體維持恒溫。
由于熱對流的熱交換效率較熱傳導(dǎo)為佳，所以上述實施例可以配合適當(dāng)流體流速，在工作區(qū)106前設(shè)置適當(dāng)預(yù)熱部位112，而達(dá)到減少工作區(qū)106內(nèi)流體在流動方向上的溫度梯度。另外，因為習(xí)知的加熱源會造成極大的溫度梯度，所以將主要的加熱部位114移至工作區(qū)106外緣，則可使工作區(qū)內(nèi)溫度梯度減小，進而使其保持均勻的溫度分布。再者，于本發(fā)明的實施例中配合流體流動方向，在工作區(qū)106的流體下游處(接近出口104處)不設(shè)置加熱器，而是利用已被加熱的高溫流體帶來的熱量加熱此區(qū)域，所以還具有節(jié)省能源的優(yōu)點。以下是藉由模擬的方式來證實本發(fā)明的功效。
圖1B為圖1A的裝置在加熱時的仿真溫度分布點狀示意圖，其中圖案密度愈低者代表溫度較高的部位、圖案密度愈高者代表溫度較低的部位。
請參照圖1B，假設(shè)入口流體是由一個低溫的環(huán)境保存下流入微流體芯片100，所以在入口102處的溫度較低，因此需要使微域加熱裝置110的預(yù)熱部位112保持較高的溫度，使流體在進入工作區(qū)106前先提升其溫度，所以預(yù)熱部位112的流體溫度較其它部位(如加熱部位114或工作區(qū)106)的溫度為高。在此情況下，微流體芯片100的工作區(qū)106會保持一個較均勻的溫度。而且，本圖僅為模擬結(jié)果，若再經(jīng)過最佳化的計算，可得到更均勻的溫度分布。
除此之外，本發(fā)明的裝置之均溫功能與微流體芯片使用的材料、微流體芯片的幾何尺寸，流體之比重、黏度、速度，及微流體芯片中的微管道之結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)。另外，加熱器的材質(zhì)、厚度、長度和寬度皆對此功能有影響，故可利用以上因子作為本發(fā)明的裝置之控制參數(shù)。
圖2為依照本發(fā)明之第二實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
請參照圖2，這個實施例除了微流體芯片200與第一實施例的相同(包括入口202、出口204與工作區(qū)206)，其中的微域加熱裝置210的預(yù)熱部位212僅部份重迭于微流體芯片200的入口202，而圍繞工作區(qū)206的加熱部位214則比第一實施例的面積稍大一些。
圖3則是依照本發(fā)明之第三實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。
請參照圖3，第三實施例所采用的微流體芯片300大致上與第一實施例的相同(包括出口304與工作區(qū)306)，其中不同的只有入口302的形狀。而微域加熱裝置310的預(yù)熱部位212是圍繞于微流體芯片300的入口302周圍，加熱部位214是圍繞在工作區(qū)306之外。
圖4為依照本發(fā)明之第四實施例的一種具有微域加熱裝置之微流體芯片結(jié)構(gòu)圖。其中省略微流體芯片的輪廓。
請參照圖3，這個實施例僅以微流體芯片400的工作區(qū)406作為微域加熱裝置410的相對位置基準(zhǔn)。舉例來說，微域加熱裝置410的加熱原理通常是電阻加熱，所以在本實施例中，預(yù)熱部位412的形狀是以電阻加熱絲圍繞而成。另外，當(dāng)流體流速變化很大時，可利用多重電極接腳，改變預(yù)熱部位412面積的大小，進而改變加熱的功率；舉例來說，當(dāng)微流體芯片400中的流體流速愈快時，預(yù)熱部位412的面積設(shè)計得愈大；反之，當(dāng)微流體芯片400中的流體流速愈慢時，預(yù)熱部位412的面積設(shè)計得愈小。
綜上所述，本發(fā)明之特點在于在微流體芯片內(nèi)置特殊形狀的微域加熱裝置，可將流體導(dǎo)入微結(jié)構(gòu)腔體后，形成穩(wěn)定的均勻溫度區(qū)域。而且，當(dāng)流體速度改變時，此工作區(qū)仍可保持均勻溫度。本發(fā)明的微域加熱裝置具有簡單、工作流速范圍大、工作區(qū)域面積大等優(yōu)點，所以可應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞對藥物檢測或生化檢測等。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種微域加熱裝置，用以加熱微流體芯片，該微流體芯片包括出口、入口與工作區(qū)，其中該工作區(qū)位于該出口與該入口之間，該微域加熱裝置包括預(yù)熱部位，對應(yīng)于該微流體芯片的該入口配置；以及加熱部位，與該預(yù)熱部位相連，并圍繞于該微流體芯片的該工作區(qū)周圍，以使該工作區(qū)具有均勻的溫度分布。
2.如權(quán)利要求1所述的微域加熱裝置，其中該預(yù)熱部位重迭于該微流體芯片的該入口。
3.如權(quán)利要求1所述的微域加熱裝置，其中該預(yù)熱部位圍繞于該微流體芯片的該入口周圍。
4.如權(quán)利要求1所述的微域加熱裝置，其中該加熱部位與該微流體芯片的該工作區(qū)相隔一距離。
5.如權(quán)利要求1所述的微域加熱裝置，其中當(dāng)該微流體芯片中的流體流速愈快時，該預(yù)熱部位的面積設(shè)計得愈大。
6.如權(quán)利要求1所述的微域加熱裝置，其中當(dāng)該微流體芯片中的流體流速愈慢時，該預(yù)熱部位的面積設(shè)計得愈小。
全文摘要
一種微域加熱裝置，用以加熱一個微流體芯片，且微流體芯片通常包括出口、入口與一個工作區(qū)，其中工作區(qū)位于出口與入口之間。而上述微域加熱裝置包括一個預(yù)熱部位以及一個加熱部位。其中，預(yù)熱部位對應(yīng)于前述微流體芯片的入口配置，而加熱部位則與預(yù)熱部位相連，并圍繞于微流體芯片的工作區(qū)周圍，以使上述工作區(qū)具有均勻的溫度分布。此微域加熱裝置具備簡單、工作流速范圍大、工作區(qū)域面積大的優(yōu)點，所以可應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞對藥物檢測或生化檢測等。
文檔編號G01N35/00GK101063674SQ20061007927
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者陳志堅, 吳志文 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院