一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)，包括一個氣體通道和至少一個液體通道，氣體通道和各液體通道之間通過微通道連通；所述微器件為液體壓力感受器，包括一個氣體通道和一個液體通道，氣體通道的一端接氣體，氣體通道的另一端通過逐漸變窄的微通道和液體通道的一端連通，液體通道的另一端接液體。本發(fā)明專利技術(shù)由芯片內(nèi)部的壓力數(shù)字化的氣體微線路控制，利用微孔來阻隔氣相和液相，沒有任何活動部件，也無需任何特殊的透氣或彈性的材料，由氣—液兩相的壓力差來驅(qū)動氣—液界面從而使微器件實現(xiàn)其傳感壓力、開關(guān)流路、液體有效動力輸送等功能，可在硬質(zhì)材料（如玻璃）上一次蝕刻成型，便于低成本集成大量的微器件。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)本專利技術(shù)是申請日：2010-09-14，申請?zhí)枺?01080069777.3（PCT申請?zhí)枺篜CT/CN2010/076904），名稱：“一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)”的分案申請。
本專利技術(shù)涉及微流路芯片制造的
，特別與微流程芯片系列微器件的液體壓力感受器結(jié)構(gòu)有關(guān)。
技術(shù)介紹
芯片實驗室(Labonachip)是當前發(fā)展很快的可廣泛應(yīng)用于生命科學、化學及物理學等各個領(lǐng)域?qū)嶒炇已芯亢腿粘ａt(yī)學檢測的具有廣闊前景的技術(shù)。微流路（在中國也叫微流控）芯片（Microfluidicchip）技術(shù)則是芯片實驗室中的主干技術(shù)。由于微流體是芯片實驗室中的物質(zhì)的運送載體（如水相中的各種溶解化合物，培養(yǎng)基中的細胞等等），如何控制芯片上微通道及各種芯片微器件中的流體進行精確的流動、轉(zhuǎn)移從而驅(qū)動微流路芯片的正常工作。因此，微流路芯片中最基本且最重要的組成部件，即微器件（microdevices）就是芯片上微流體的泵（即微泵）、閥（即開關(guān)）、感應(yīng)微流體壓力的靜壓傳感器或者感受微流體速度的速度傳感器。由于現(xiàn)有的微泵、微閥等微器件的制造工藝復(fù)雜，并沒有理想的性能，雖然這個領(lǐng)域的研究者一直在為此做出努力，并不斷專利技術(shù)新技術(shù)新工藝，微泵、微閥等微器件的技術(shù)缺陷仍舊是限制微流路芯片廣泛應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。例如，置于芯片外部的泵（而不是芯片內(nèi)置泵）仍舊是主要的驅(qū)動芯片內(nèi)流體的裝置?，F(xiàn)有的微器件的設(shè)計和運行采用電、磁和隔膜控制等幾種方式。例如，電滲泵(electroosmoticpump)或電動力閥（electrokineticgatingvalve），由于電壓的直接作用不僅不適用于所有流體系統(tǒng)，也會干擾體系的化學物理環(huán)境。如果采用此磁控制，則可采用鐵磁流體（ferrofluidicpump）利用外部永磁體的移動控制鐵磁流體的移動來進行閥的開關(guān)和泵的運行，但鐵磁流體本身會與芯片微流路中的流體系統(tǒng)接觸，外部的永磁體控制也復(fù)雜而不易自動化。目前采用最多的是隔膜控制方法，即利用可形變的材料如PDMS（polydimethylsiloxane），在隔膜外施加壓力變化來控制閥和泵的運作。隔膜泵（diaphragmpump）的優(yōu)點是工作起來可靠有力，類似機械泵，但缺點也很明顯，如必須要使用可變性材料作為隔膜，這樣就不能避免這種材料可能對系統(tǒng)的污染或干擾，另外隔膜泵本省的復(fù)雜使得制造的成本及壽命都不理想。因此，現(xiàn)有的微閥、微泵等微流路芯片關(guān)鍵技術(shù)存在以上各種缺陷，特別的，對于玻璃芯片（具有最好的光學品質(zhì)和化學品質(zhì)）來說，由于玻璃是不可變形的硬質(zhì)材料，無法在玻璃芯片上制造內(nèi)置的泵閥系統(tǒng)，使得玻璃芯片的進一步發(fā)展受到極大的限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)，使微流路控制最基本的微器件可以在硬質(zhì)芯片材料中一次蝕刻成型。為了達成上述目的，本專利技術(shù)的解決方案是：一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)，包括一個氣體通道和至少一個液體通道，氣體通道和各液體通道之間通過微通道連通；所述微器件為液體壓力感受器，包括一個氣體通道和一個液體通道，氣體通道的一端接氣體，氣體通道的另一端通過逐漸變窄的微通道和液體通道的一端連通，液體通道的另一端接液體。采用上述方案后，本專利技術(shù)微流路芯片的最基本微器件（微壓力感受器）由芯片內(nèi)部的壓力數(shù)字化的氣體微線路控制，微器件利用微孔來阻隔氣相和液相，沒有任何活動部件，也無需任何特殊的透氣或彈性的材料，由氣——液兩相的壓力差來驅(qū)動氣——液界面從而使微器件實現(xiàn)其傳感壓力、開關(guān)流路、液體有效動力輸送等功能。微器件可在硬質(zhì)材料（如玻璃）上一次蝕刻成型，便于低成本集成大量的微器件，也可以在其他材料上采用其他方法達成芯片及這幾種基本微器件的結(jié)構(gòu)。附圖說明圖1a至圖1c是液體壓力感受器的示意圖；圖2a至圖2c是微閥的示意圖；圖3a至圖3c是微活塞的示意圖；圖4a至圖4b是微泵的示意圖；圖5a是微閥(MISVA)中氣-液界面對氣體壓力的響應(yīng)；圖5b是不同氣壓作用下氣-液界面在M通道方向上的移動模式；圖5c是不同氣壓作用下氣-液界面在左右（L和R）通道方向上的移動模式；圖5d是微閥的數(shù)字化氣壓驅(qū)動模式；圖5e是微閥對數(shù)字化氣體壓力驅(qū)動的反應(yīng)；圖6a是微閥在右側(cè)通道壓力下的泄漏測試；圖6b是微閥承受右側(cè)(R)通道逆向壓力的范圍；圖6c是微閥在左側(cè)(L)和下側(cè)(M)通道壓力下的泄漏測試；圖6d是微閥承受左側(cè)(R)通道和下側(cè)（M）逆向壓力的范圍；圖7a是微泵推動氣泡的動力測試；圖7b是微泵不同周期的輸出功率；圖7c最短泵周期和最大泵輸出在反向壓力下的變化；圖7d泵壓頭與泵輸出速度之間的關(guān)系；圖8是采用數(shù)字化氣體壓力控制微泵運作的方式。具體實施方式本專利技術(shù)揭示的一種微流路芯片系列微器件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，該系列微器件包括一個氣體通道和至少一個液體通道，氣體通道和各液體通道之間通過微通道（毛細管）連通。本專利技術(shù)的理論依據(jù)是：微通道中氣-液界面在氣-液兩相的壓力差與氣-液界面的移動方向有確定的關(guān)系，利用這種關(guān)系可以達到兩個方面的目的：A氣-液界面的移動可以反映氣-液兩相的壓力差；B通過控制氣-液兩相的壓力差控制氣-液界面的移動。下面以具體實施例進行說明。請參見圖1a至圖1c是液體壓力感受器的示意圖。液體壓力感受器包括在芯片形成的一個氣體通道11和一個液體通道12。氣體通道11的一端接氣體，感受氣體壓力，氣體通道11的另一端通過逐漸變窄的微通道13（微通道13窄的一端為一小孔）和液體通道12的一端連通，液體通道12的另一端接液體，感受與液體壓力。液體壓力感受器（MISEN，amicrosurfacetensionsensor)的工作原理是：芯片上的微通道13中間可以容納氣體和液體。由于氣——液——固相互間的界面張力不同形成氣——液界面的弧形（俗稱彎月面），這種具有一定曲率的氣——液界面上表面張力的非零凈結(jié)果需要氣液兩相間壓強的差值來維持平衡，否則界面將會移動。這種效應(yīng)又稱毛細作用。這種毛細作用的強弱隨著毛細管直徑的減小而增強。對于芯片上的微通道13來說，毛細作用的強度隨著相當于毛細管直徑的微通道13寬度的縮小而增強。如果在微通道13上設(shè)計出寬度逐漸收小的類似于狹長三角形的幾何形狀，那么，位于該三角形微通道12不同位置的氣——液界面將具有不同強度的毛細作用，對應(yīng)著不同程度的氣——液兩相的壓強差值。這樣，在兩相壓力差的推動下，可觀測的氣——液界面的位置就顯示出了氣——液兩相的壓強差值。當氣體的壓強固定并已知時，如圖1a,降低的液體壓強增大了氣——液兩相的壓強差值，使得氣——液界面朝液體方向移動（見圖1b）。如果液體的壓強持續(xù)降低，則界面可一直移動到三角形連接液體通道的頂點（圖1c）。這個頂點實際上是連通壓力感受器(MISEN)和液體通道得微孔（MISTA，amicrosurfacetensionalveolus），微孔中的氣——液界面由于具有最大的曲率或毛細作用，使得氣——液界面在這里能夠被阻擋。這樣，氣——液界面的位置就顯示了以氣體的壓力，這一段三角形的微通道就執(zhí)行了壓力感受器的任務(wù)。如果，液體壓力不變，則該感受器可用來測量氣體的壓強。請參見圖2a至圖2c是微閥（MISVA，amicrosurfacetensionvalve本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括一個氣體通道和至少一個液體通道，氣體通道和各液體通道之間通過微通道連通；所述微器件為液體壓力感受器，包括一個氣體通道和一個液體通道，氣體通道的一端接氣體，氣體通道的另一端通過逐漸變窄的微通道和液體通道的一端連通，液體通道的另一端接液體。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種微流路芯片系列微器件的結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述微器件為液體壓力感受器，包括一個氣體通道和一個液體通道，氣體通道的一端接氣體，氣體通...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭興躍，
申請(專利權(quán))人：彭興躍，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35