專利名稱：壓電驅式微混合芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微電子技術領域的芯片，特別是一種壓電驅式微混合芯片。
背景技術：
在生物化學和醫學檢測分析系統中，生物試劑和化學試劑的混合是至關重要的組成環節，微機電技術(MEMS)的發展使這一功能可以在芯片上完成。基于不同混合原理的眾多混合方法都被用于生物試劑和化學試劑組分混合研究中，目前，微混合器件可分為通道式混合器和微腔混合器，通道式混合器通過構造特殊的微流體通道來使不同試劑流的擴散效應變得更為顯著，從而實現試劑的混合；而微腔混合器，由一個或多個制作在基片上的密閉微室和驅動部件構成，通過驅動部件在外部施加機械運動引起震蕩，從而促進微室內不同試劑的混合。在微流體系統中，由于通道長度和孔徑的小，雷諾數較小，流體在通道式混合器中實現均勻混合難度較高，耗時較長。而利用微腔混合器則不僅可以縮短混合時間，還可以使混合進行的更加徹底完全，對于利用混合來實現微反應的混合反應體系尤其有利。當前在微升容量的微型混合器研究中，主要通過氣動、電場來進行驅動，促進腔體內試劑擴散流動，實現混合，這種方式下，由于混合在微小腔室內進行，擴散主要依靠外力被動完成，時間較長，況且，氣動與電場驅動本身的輔助設備復雜，體積龐大，操控繁復，因此，不利于諸如疾疫和環境現場監控的便攜低功耗要求。
經對現有技術的文獻檢索發現美國專利號為US 2002/0023841 A1，名稱為電泳水流驅動對流式微混合器(Electrohydrodynamic ConvectionMicrofluidic Mixer)，該專利中提到的混合器由制作在硅基上的微腔和電場驅動系統組成，通過設置在流體通道的電極實現對微腔流路內試劑的電場驅動，并形成流體對流，從而促進試劑的混合。這樣的系統雖然沒有機械驅動部件，然而本身的制作工藝并不簡單，尤其對于外部驅動電場需要有精確控制，此外，許多生物和化學試劑本身對于電場格外敏感，在電場作用下會離解甚至形成氣泡，因此，并不適用于這一混合器件。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出了一種壓電驅式微混合芯片，使其結合了通道式混合器和微腔混合器的特點，使不同試劑間的擴散和主動對流得到加強，從而提升混合效率，縮短混合周期，該混合芯片的外部控制電路和輔助設備簡單，操作容易，由于功率低，更可以由電池提供驅動能源，非常適用于野外實地考察和監測時對于微量試劑的混合應用。芯片制作工藝相對簡單，性能穩定，具有良好的可重復性，解決了背景技術中存在的問題。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括密封蓋層、通道層和壓電控制器。連接方式為密封蓋層與通道層通過離子鍵合技術或者熱鍵合技術密封在一起，壓電控制器以粘帖方式嵌入密封蓋層上側的三個安裝槽內，通道層以刻蝕或者模壓工藝形成循環流體通道，當壓電控制器按著一定邏輯順序和頻率震動時，壓電控制器的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區域變形，從而構成一個片上微泵，驅動試劑在循環流體通道內運動混合。
本發明芯片用由玻璃或者聚碳酸酯材料制作封裝成形，在密封蓋層上設有試劑樣品輸入口、試劑樣品輸出口，在通道層以刻蝕或者模壓工藝形成循環流體通道，在密封蓋層的上側制作了三個壓電控制器安裝槽，為了實現壓電控制器驅動效應，在密封蓋層的下側，壓電控制器安裝槽的投影位置，需要預先濺射金屬鈦，防止芯片在離子鍵合或者熱鍵合密封時鍵合此區域。
本發明芯片的三個壓電控制器依靠一定邏輯順序作用于其下通道層循環流體通道，從而使其一定的順序開啟、閉合，這種開啟和閉合的邏輯順序是這樣的，關開開、關關開、開關開、開關關、開開關和關開關，其間隔由一定的頻率曲線進行優化后取最優值確定，通過這種邏輯開關順序，形成片上驅動，可以在循環流體通道內獲得驅動力以促進試劑的混合流動。
本發明中的混合芯片在進行微量試劑混合時，先依次利用真空作用由試劑樣品輸入口導入兩種以上待混合試劑，其后啟動壓電控制器混合，混合試劑由試劑樣品輸出口導出。
本發明具有實質性的特點和進步，本發明混合芯片結合了通道式混合器和微腔混合器的特點，克服了通道式混合器混合速度緩慢耗時較長和微腔混合器制作和操作復雜的缺點，使不同試劑間的擴散和主動對流得到加強，從而提升混合效率，縮短混合周期，制作成本高和兼容性不強的缺點，通過微細加工技術，不僅大大減小了器件體積，降低了成本，也使其批量化加工成為可能。此外，本發明芯片可以作為微系統組成器件與試劑檢測或者反應器件集成起來。可以廣泛用于生物試劑、化學試劑濃度和組分的實時測定，對于預防醫學、環境水源監控都具有很強的實用價值。
圖1為本發明結構示意2為本發明分解結構示意3本發明結構后視圖具體實施方式
如圖1-3所示，本發明包括密封蓋層1、通道層2、壓電控制器4。連接方式為密封蓋層1與通道層2通過離子鍵合技術或者熱鍵合技術密封在一起，壓電控制器4以粘帖方式嵌入密封蓋層上側的三個壓電控制器安裝槽3內。密封蓋層1上側設有三個壓電控制器安裝槽3，為了實現壓電控制器4驅動效應，在密封蓋層1上側有試劑樣品輸入輸出口5，在密封蓋層1的下側、壓電控制器安裝槽3的投影位置，設有金屬鈦濺射區7，防止芯片在離子鍵合或者熱鍵合密封時鍵合此區域。
密封蓋層1是玻璃或者聚碳酸酯材料制作。循環流體通道6是由刻蝕或模壓技術在玻璃或者聚碳酸酯材料上制作。
通道層2以刻蝕或者模壓工藝形成循環流體通道6，當壓電控制器4按著一定邏輯順序和頻率震動時，壓電控制器4的電致彎曲擠壓密封蓋層相應區域變形，從而構成一個片上微泵，驅動試劑在循環流體通道內運動混合。
權利要求
1.一種壓電驅式微混合芯片，包括密封蓋層(1)、通道層(2)，其特征在于，還包括壓電控制器(4)，密封蓋層(1)與通道層(2)通過離子鍵合技術或者熱鍵合技術密封在一起，密封蓋層(1)上側設有三個壓電控制器安裝槽(3)，壓電控制器(4)以粘帖方式嵌入密封蓋層上側的三個壓電控制器安裝槽(3)內，通道層(2)上設有循環流體通道(6)。
2.根據權利要求1所述的壓電驅式微混合芯片，其特征是，在密封蓋層(1)上側有試劑樣品輸入輸出口(5)。
3.根據權利要求1所述的壓電驅式微混合芯片，其特征是，在密封蓋層(1)的下側、壓電控制器安裝槽(3)的投影位置，設有金屬鈦濺射區(7)。
4.根據權利要求1或者2或者3所述的壓電驅式微混合芯片，其特征是，密封蓋層(1)是玻璃或者聚碳酸酯材料。
5.根據權利要求1所述的壓電驅式微混合芯片，其特征是，三個壓電控制器(4)通過邏輯順序作用于其下通道層循環流體通道(6)，循環流體通道(6)按照順序開啟、閉合，這種開啟和閉合的邏輯順序為關開開、關關開、開關開、開關關、開開關和關開關，通過這種邏輯開關順序，形成片上蠕動泵。
全文摘要
一種微電子技術領域的壓電驅動的微混合芯片，包括密封蓋層、通道層、壓電控制器，密封蓋層與通道層通過離子鍵合技術或者熱鍵合技術密封在一起，密封蓋層上側設有三個壓電控制器安裝槽，壓電控制器以粘帖方式嵌入密封蓋層上側的三個壓電控制器安裝槽內，通道層上設有循環流體通道。本發明混合芯片結合了通道式混合器和微腔混合器的特點，使不同試劑間的擴散和主動對流得到加強，從而提升混合效率，可以廣泛用于生物試劑、化學試劑濃度和組分的實時測定，對于預防醫學、環境水源監控都具有很強的實用價值。
文檔編號G01N35/00GK1737528SQ20051002950
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月8日 優先權日2005年9月8日
發明者陳文元, 賈曉宇, 張衛平, 牛志強 申請人:上海交通大學