CN112403543A - 一种用于微气泡分离的声微流控芯片 - Google Patents

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陈强
尹招琴
陈然
包福兵
苏春英
周江维
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Abstract

本发明涉及一种用于微气泡分离的声微流控芯片。本发明包括T型通道，T型通道一个入口注入连续相，另一个入口注入分散相，连续相和分散相在T型通道交汇后的一段管路旁设置有叉指换能器，所述的叉指换能器产生的声表面波覆盖该管路的直径，使得经过该段管路的分散相在所述的叉指换能器产生的声辐射力作用下一分为二。本发明采用聚焦型叉指换能器，相比于一般的叉指换能器能量不足特点，聚焦型叉指换能器具有的聚焦特性能产生更高的能量，从而使产生的窄声表面波能量更强，更好地将微气泡一分为二。同时本发明通过改变入口端的结构，在入口处增加了一个圆形缓冲区域，避免了因通道压力过大而导致的芯片与基底脱离的情况，增强了整体实验的稳定性。

Description

一种用于微气泡分离的声微流控芯片
技术领域
本发明涉及一种微气泡分离芯片，尤其涉及一种基于叉指换能器的声微流控芯片，属于微流控技术、声表面波技术和微气泡分离技术领域。
背景技术
近年来，微流控技术在科研领域的发展越来越快，影响也越来越大，得到了广泛的关注，而其中微气泡在微流控中的应用也越来越多，微气泡作为一个重要的载体，涉及药物检测，药物输送等诸多应用，所以对于微流控中微气泡的操纵技术开发是十分关键的。
声表面波技术在微流控技术中的应用也是一个热门的方向，目前的技术主要是依靠在压电基底上制作叉指换能器的方法，用声表面波来操纵微气泡。在微通道流体中微粒受到力主要有重力、浮力、声辐射力和斯托克斯力，其主要作用的就是声辐射力，其影响因素主要是声表面波频率的大小和微粒本身的大小，所以当声表面波频率变大时，微粒所受到的声辐射力也会变大。
对于用声表面波来操纵微气泡的应用而言，主要有叉指换能器操纵微气泡移动、微气泡空化破裂、微气泡用于细胞筛选分离等。而对于微气泡本身而言的研究并不是很多，一般的微气泡分离主要是用激光束来分离，但这种方法需要高功率电源、复杂设计的光学元件组合以及流体之间的光学折射率差；而微流控的方法可以克服电学和光学***的局限性，对于微气泡的分离是十分有意义的。
发明内容
本发明的目的是针对现有微流控微气泡分离技术手段有限，提供了一种用叉指换能器来分离微气泡的微流控芯片。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括T型通道，T型通道一个入口注入连续相，另一个入口注入分散相，连续相和分散相在T型通道交汇后的一段管路旁设置有叉指换能器，所述的叉指换能器产生的声表面波覆盖该管路的直径，使得经过该段管路的分散相在所述的叉指换能器产生的声辐射力作用下一分为二，所述的分散相为空气或者氮气。
进一步说，所述的T型通道的基底采用聚二甲基硅氧烷，所述的连续相和分散相的入口都增设有一个圆形缓冲区域，用于避免流速增大导致而导致的基底脱离。
进一步说，所述的叉指换能器采用聚焦型叉指换能器。
进一步说，所述的聚焦型叉指换能器由溅射在铌酸锂基底上的金属铝构成，铌酸锂基底采用的是128°Y切单抛的晶片，厚度为500微米。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
1、由于现有的微流控***中微气泡分离的方法一般是采用激光束，这种方法需要高功率光源、复杂设计的光学元件组合以及流体之间的光学折射率差。为了克服电学和光学***的局限性，本发明新提出了一种用叉指换能器来对微气泡分离的方法，弥补了微流控中对气泡分离手段的不足。
2、采用聚焦型叉指换能器，相比于一般的叉指换能器能量不足特点，聚焦型叉指换能器具有的聚焦特性能产生更高的能量，从而使产生的窄声表面波能量更强，更好地将微气泡一分为二。
3、针对现有的微流控芯片由于流速增大而脱离基底的情况，本发明通过改变入口端的结构，在入口处增加了一个圆形缓冲区域，为由流速增大等情况下造成的通道压力增大预留了空间，避免了因通道压力过大而导致的芯片与基底脱离的情况，增强了整体实验的稳定性。
4、本发明所采用微流控***的制作工艺成熟，PDMS芯片部分制作简单，成本低，在铌酸锂基底上制作叉指换能器的工艺也均可在实验室中完成，工艺成熟。
附图说明
图1是微气泡分离装置整体的结构示意图。
图中：1、连续相（矿物油）入口，2、分散相（氮气）入口，3、聚焦型叉指换能器，4、微气泡分离通道，5、声场作用区上游部位，6、声场作用中心区域，7、气泡分离完成区域。
图2是本装置叉指换能器产生声表面波作用部分的微气泡分离示意图。
具体实施方式
本发明由PDMS（聚二甲基硅氧烷）通道和叉指换能器组成，其中叉指换能器是溅射在铌酸锂基底上的金属铝，铌酸锂基底采用的是128°Y切单抛的晶片，厚度为500微米。因为基底厚度远大于声表面波长，所以声表面波在铌酸锂基底上可以很好的传播。叉指换能器部分采用的是聚集型叉指换能器，相比于一般的叉指换能器，本发明采用的聚焦形叉指换能器，能发出一束窄的声表面波施加给通道中的微气泡，当气泡中间受到的声辐射力足够大时，就可以将气泡分离开，将单个大气泡分离为两个小气泡。在PDMS部分，由于在一般的实验中经常有由于流速增大导致的PDMS与基地脱离的情况，针对出现的这种现象，本发明改进了入口端通道设计，通过在入口端设置了一个圆形缓冲区域，这样可以避免实验过程中流速增大导致的入口端承压过大而与基底脱离的现象。本发明中微流控芯片的通道采用T型通道来产生微气泡，连续相是油，分散相是氮气，T型通道管道能够实现单分散微气泡序列的形成，其优点在于结构简单、操作简便。
进一步说，本发明通过T型通道产生微气泡，通过在入口端设置圆形缓冲区域来保证PDMS与基地键合的稳定性，防止了因流速增大而使PDMS脱离基底的问题。在芯片中部区域，采用了一个聚焦型叉指换能器来产生声表面波，通过外部施加一个固定频率，使聚焦型叉指换能器产生一束窄声表面波，然后将声表面波作用在通道中微气泡中间位置，在覆盖该管路的直径的声辐射力作用下将微气泡从中间位置切割开，从而使一个大气泡分为两个小气泡。
实施过程：图1中通过注射泵将矿物油注射到连续相入口1中，再将氮气通过减压装置后通到分散相入口2处，通过调节两处入口的压力使在T型通道节点处产生稳定的分散微气泡序列，然后流到微气泡分离通道4的位置。在微气泡分离通道4的部分如图2所示，聚焦型叉指换能器3产生声表面波作用于通道，微气泡先从声场作用区上游部位5流过来，在声场作用中心区域6的气泡中间受到声辐射力的作用，中部开始凹陷，然后在足够大的声辐射力作用下气泡一分为二，到达气泡分离完成区域7。
本发明还提供了上述微流控芯片的部分制作方案，对于PDMS部分，首先使用CAD设计掩膜版版图，然后外包给专业机构制作。采用SU8负胶来制作芯片图形，经过光刻机曝光后掩膜版上图形区域就无法被显影液洗去，然后用显影液洗去其他部位的光刻胶，再将PDMS倒在模具上，抽气去除气泡后放入真空干燥性以80℃烘两个小时以上，即可实验所需的PDMS通道部分。叉指换能器是先将铌酸锂基底清洗，涂上光刻胶AZ4620，经过前烘后放在光刻机下曝光，然后显影去除图案部分的光刻胶，再后烘使胶稳定不易脱落。溅射20微米的金属铬，再溅射180微米铝膜，最后将图形以外的光刻胶去除即可得到所需的叉指换能器。最后通过等离子清洗机将PDMS跟铌酸锂基底键合在一起，这样就完成了部分结构的制作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于微气泡分离的声微流控芯片，包括T型通道，T型通道一个入口注入连续相，另一个入口注入分散相，其特征在于：
连续相和分散相在T型通道交汇后的一段管路旁设置有叉指换能器，所述的叉指换能器产生的声表面波覆盖该管路的直径，使得经过该段管路的分散相在所述的叉指换能器产生的声辐射力作用下一分为二，所述的分散相为空气或者氮气。
2.根据权利要求1所述的一种用于微气泡分离的声微流控芯片，其特征在于：
所述的T型通道的基底采用聚二甲基硅氧烷，所述的连续相和分散相的入口都增设有一个圆形缓冲区域，用于避免流速增大导致而导致的基底脱离。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于微气泡分离的声微流控芯片，其特征在于：所述的叉指换能器采用聚焦型叉指换能器。
4.根据权利要求3所述的一种用于微气泡分离的声微流控芯片，其特征在于：所述的聚焦型叉指换能器由溅射在铌酸锂基底上的金属铝构成，铌酸锂基底采用的是128°Y切单抛的晶片，厚度为500微米。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007021907A2 (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Bioscale, Inc. Resonant sensor systems and methods with reduced gas interference
CN109759157A (zh) * 2019-03-20 2019-05-17 河北工业大学 一种用于微气泡分离的微流控芯片
CN111085281A (zh) * 2020-01-08 2020-05-01 西安交通大学 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法
WO2020146973A1 (zh) * 2019-01-14 2020-07-23 华为技术有限公司 声表面波滤波器及其制备方法、射频前端芯片和移动终端
CN111701627A (zh) * 2020-06-20 2020-09-25 西安交通大学 一种基于声表面波微流控的核壳液滴快速生成装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007021907A2 (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Bioscale, Inc. Resonant sensor systems and methods with reduced gas interference
WO2020146973A1 (zh) * 2019-01-14 2020-07-23 华为技术有限公司 声表面波滤波器及其制备方法、射频前端芯片和移动终端
CN109759157A (zh) * 2019-03-20 2019-05-17 河北工业大学 一种用于微气泡分离的微流控芯片
CN111085281A (zh) * 2020-01-08 2020-05-01 西安交通大学 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法
CN111701627A (zh) * 2020-06-20 2020-09-25 西安交通大学 一种基于声表面波微流控的核壳液滴快速生成装置及方法

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