一種基于壓電薄膜泵的集成液滴生成芯片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液滴生成芯片及其制作方法，具體涉及一種基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)90年代初，Manz首次提出微全分析系(micro-total-analysis system，yTAS)或芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-chip，L0C)概念以來，以微通道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，以化學(xué)、生物學(xué)和微機(jī)電學(xué)等學(xué)科為基礎(chǔ)的微流控芯片技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。近年來對離散化微液滴的研究成為國際上研究的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)連續(xù)流系統(tǒng)相比，離散化微液滴系統(tǒng)有一系列潛在優(yōu)勢:如消耗樣品和試劑量更少，混合速度更快，裝置簡單，重復(fù)性好以及易于精確操控等。所以它已被成功應(yīng)用于聚合酶鏈反應(yīng)，蛋白質(zhì)結(jié)晶，酶活性分析，細(xì)胞包封，化學(xué)分析、合成等領(lǐng)域。
[0003]關(guān)于液滴生成的驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種:水動(dòng)力法，利用兩通道交叉處的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使分散相液體在連續(xù)相剪切力的作用下以液滴形式分散在連續(xù)相中，其中最常用的提供驅(qū)動(dòng)的方式為注射栗、蠕動(dòng)栗或者壓力；氣動(dòng)法是通過外部施加的氣體壓力作為剪切力和驅(qū)動(dòng)力來生成液滴，但是，氣體在通道中的泄漏是這種方法的一大缺陷；光控法是通過激光脈沖的光場來生成液滴，這種方法的控制精度稍低，同時(shí)制備方法復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片及其制作方法，該芯片的控制精度高，并且制備方法簡單。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片包括蓋板、壓電膜、通道層及基板，蓋板、壓電膜、通道層及基板自上到下依次相連接；
[0006]所述壓電膜的上表面及下表面均設(shè)有鍍膜區(qū)，所述鍍膜區(qū)包括水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極、油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極及導(dǎo)通區(qū)域，導(dǎo)通區(qū)域與水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極及油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極相連接，壓電膜上表面的水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極正對壓電膜下表面的水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，壓電膜上表面的油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極正對壓電膜下表面的油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，壓電膜上表面的導(dǎo)通區(qū)域與壓電膜下表面的導(dǎo)通區(qū)域錯(cuò)開；
[0007]通道層包括液滴通道、水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔、油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔、兩個(gè)儲(chǔ)液池通孔、收液池通孔及第一通道槽孔、第二通道槽孔、第三通道槽孔、第四通道槽孔及若干電極引出孔；
[0008]油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔與一個(gè)儲(chǔ)液池通孔通過第三通道槽孔相連通，另一個(gè)儲(chǔ)液池通孔與水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔通過第一通道槽孔相連通，油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔與第四通道槽孔相連通，水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔與第二通道槽孔相連通，收液池通孔通過液滴通道與第二通道槽孔及第四通道槽孔相連通；
[0009]所述蓋板上開設(shè)有兩個(gè)第一通孔、兩個(gè)第二通孔、第三通孔及若干個(gè)第四通孔；
[0010]兩個(gè)第二通孔分別正對兩個(gè)儲(chǔ)液池通孔；
[0011]其中一個(gè)第一通孔正對油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔及油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，另一個(gè)第一通孔正對水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔及水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極；
[0012]第三通孔正對收液池通孔；
[0013]各第四通孔正對導(dǎo)通區(qū)域及電極引出孔。
[0014]所述壓電膜為已經(jīng)極化且不帶電極層的具有壓電效應(yīng)的壓電薄膜。
[0015]所述蓋板、通道層及基板所用材料為若干種具有支撐作用、不會(huì)發(fā)生流體滲漏現(xiàn)象的絕緣材料中的一種、其改性或幾種復(fù)合而成的材料。
[0016]經(jīng)第一通道槽孔及第二通道槽孔向水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔流入或流出介質(zhì)的過程中介質(zhì)受到的阻力不同；
[0017]經(jīng)第三通道槽孔及第四通道槽孔向油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔流入或流出介質(zhì)的過程中介質(zhì)受到的阻力不同。
[0018]所述第一通道槽孔、第二通道槽孔、第三通道槽孔及第四通道槽孔為梯形結(jié)構(gòu)或Y
型結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明所述的基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片的制作方法包括以下步驟:
[0020]I)取壓電膜，將壓電膜按照其極化方向固定在夾具上，并在壓電膜的上表面及下表面分別形成鍍膜區(qū)，壓電膜上表面的鍍膜區(qū)及下表面的鍍膜區(qū)均包括水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極、油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極及導(dǎo)通區(qū)域，且壓電膜上表面的鍍膜區(qū)中的水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極正對壓電膜下表面的鍍膜區(qū)中水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，壓電膜上表面的鍍膜區(qū)中的油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極正對壓電膜下表面的鍍膜區(qū)中油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，壓電膜上表面的導(dǎo)通區(qū)域與壓電膜下表面的導(dǎo)通區(qū)域錯(cuò)開；
[0021 ] 2)取蓋板、通道層及基板，在通道層上開設(shè)有液滴通道、水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔、油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔、兩個(gè)儲(chǔ)液池通孔、收液池通孔、第一通道槽孔、第二通道槽孔、第三通道槽孔、第四通道槽孔及若干電極引出孔，其中，油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔與一個(gè)儲(chǔ)液池通孔通過第三通道槽孔相連通，另一個(gè)儲(chǔ)液池通孔與水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔通過第一通道槽孔相連通，油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔與第四通道槽孔相連通，水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔與第二通道槽孔相連通，收液池通孔通過液滴通道與第二通道槽孔及第四通道槽孔相連通；在蓋板上開設(shè)兩個(gè)第一通孔、兩個(gè)第二通孔、第三通孔及若干第四通孔，其中，一個(gè)第一通孔正對油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔及油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，另一個(gè)第一通孔正對水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔及水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極；兩個(gè)第二通孔分別正對兩個(gè)儲(chǔ)液池通孔；第三通孔均正對收液池通孔；各第四通孔正對導(dǎo)通區(qū)域及電極引出孔；
[0022]3)將蓋板、壓電膜、通道層及基板自上到下依次固定連接，再通過第四通孔引出上電極及下電極，然后在上電極及下電極上接測試引線，得基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片。
[0023]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]本發(fā)明所述的基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片包括蓋板、通道層及壓電膜，蓋板上的一個(gè)第一通孔正對通道層上的油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔及壓電膜上的油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，蓋板上的另一個(gè)第一通孔正對通道層上的水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔及壓電膜上的水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極，控制的精度較高。同時(shí)，在制備過程中，只需在壓電膜的上表面及下表面制作鍍膜區(qū)，再在蓋板上開設(shè)若干通孔，并在通道層上開設(shè)若干通孔、通道槽孔及滴液通道，然后將蓋板、壓電膜、通道層及基板固定連接，然后引出上電極及下電極，再接測試引線，即可完成基于壓電薄膜栗的集成液滴生成芯片，制作方法簡單方便，在整個(gè)制作過程中可以不需要昂貴的設(shè)備及材料，完全可以廣泛推廣，實(shí)用性強(qiáng)，另外，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過調(diào)節(jié)通道的尺寸和驅(qū)動(dòng)電壓的條件可以改變所生成液滴的尺寸。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明中蓋板2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明中壓電膜I的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明中通道層3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明中實(shí)施例1的芯片生成液滴尺寸與電壓幅值的關(guān)系圖。
[0029]其中，I為壓電膜、2為蓋板、3為通道層、41為油相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極、42為水相壓電薄膜栗的工作區(qū)電極、5為導(dǎo)通區(qū)域、6為第一通孔、7為第二通孔、8為第三通孔、9為液滴通道、101為油相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔、102為水相壓電薄膜栗工作區(qū)通孔、11為儲(chǔ)液池通孔、12為收液池通孔、131為第一通