專利名稱：在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流體輸運(yùn)技術(shù)，尤其是涉及一種在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流 體輸運(yùn)的裝置及方法。
背景技術(shù)：
微流控芯片是將樣品預(yù)處理、混合、反應(yīng)、分離和檢測等操作單元集成在一個(gè)或多 個(gè)芯片中的微分析系統(tǒng)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室工作。微流控芯片具有樣品用量少、操作 簡單，并能在較短時(shí)間內(nèi)精確完成從樣品制備到結(jié)果顯示的全過程，能有效地克服傳統(tǒng) 的實(shí)驗(yàn)室工作中手工操作帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，因此微流控芯片在化學(xué)分析、DNA測序、 蛋白質(zhì)分析、單細(xì)胞分析、單分子分析、食品安全、環(huán)境檢測和藥物篩選等領(lǐng)域中得到 了越來越多的應(yīng)用，并隨著微流控芯片技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其應(yīng)用范圍必將深入到生活 的方方面面，故微流控芯片也曾被稱為"影響人類未來的最重要的發(fā)明之一"。微流體輸運(yùn)是微流控芯片的重要基礎(chǔ)操作單元。對(duì)于微流體輸運(yùn)，目前存在較多用 于輸運(yùn)微流體的方法，如氣動(dòng)微泵方法、采用電滲原理作為驅(qū)動(dòng)力來輸運(yùn)樣品或定位微 液體的方法、采用離心力驅(qū)動(dòng)方式輸運(yùn)微流體的方法、采用氣體膨脹原理使薄膜(聚二 甲基硅氧垸(PDMS)膜)形變而完成微流體輸運(yùn)的方法及采用電場驅(qū)動(dòng)輸運(yùn)微流體的 方法等等，這些方法各自具有優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)。氣動(dòng)微泵方法使用該方法輸運(yùn)微 流體需外置氣源和控制閥，但氣源和控制閥體積較大，不能集成于微流控芯片中。采用 電滲原理作為驅(qū)動(dòng)力來輸運(yùn)樣品或定位微液體的方法，該方法不能輸運(yùn)非帶電分子，屬 于非均質(zhì)移動(dòng)，使用該方法的輸運(yùn)裝置缺乏靈活性，而且進(jìn)一步發(fā)展的潛力較小。采用 離心力驅(qū)動(dòng)方式輸運(yùn)微流體的方法，該方法依靠微流控芯片在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的離心 力作用使微流體流向微流控芯片外圍，但該方法需要微流控芯片高速旋轉(zhuǎn)，這樣增加了 液流控制及檢測等方面的難度，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。采用氣體膨脹原理使薄膜(聚二 甲基硅氧垸(PDMS)膜)形變而完成微流體輸運(yùn)的方法，該方法需要集成加熱電阻等 相關(guān)單元，不僅增加了微流控芯片的面積，而且加熱和冷卻需要一定的時(shí)間，從而使得 開關(guān)速度緩慢，另外同樣需要外界加熱裝置，不易集成化。采用電場驅(qū)動(dòng)輸運(yùn)微流體的 方法，使用該方法輸運(yùn)微流體時(shí)需要較大的外加電壓，通常需要幾百伏，難以推廣應(yīng)用。 目前聲表面波技術(shù)的不斷發(fā)展，且由于其具有工藝簡單成熟、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，越 來越受到微流控專家的重視，并開發(fā)了以聲表面波為驅(qū)動(dòng)力的微流體輸運(yùn)方法。而相對(duì)于連續(xù)流形式的微流控芯片，數(shù)字流形式的微流控芯片具有樣品用量更少、分析速度更 快、精確度更高、樣品或試劑交叉污染更少等諸多優(yōu)點(diǎn)而具有更大的發(fā)展前景，已經(jīng)得 到各國專家的高度重視?，F(xiàn)有的利用聲表面波技術(shù)輸運(yùn)數(shù)字微流體的方法,如期刊《IEEE 會(huì)刊的超聲、鐵電和頻率控制分會(huì)刊》2007年第54巻第10期2146-2151頁(IEEE Transactions on ultrasonics, ferroelectrics， and frequency control Vol.54 (10)， 2007: 2146-2151)公開了《運(yùn)用聲表面波系統(tǒng)檢測和高精度定位微液滴》(《Detection and high-precision positioning of liquid droplets using SAW systems》)，它是基于聲表面波技術(shù) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體的輸運(yùn)，在128^Y旋轉(zhuǎn)X傳播方向鈮酸鋰基片上采用微電子工藝制作2 X2陣列叉指換能器，在水平方向的叉指換能器上加RF電信號(hào)激發(fā)聲表面波，該聲表 面波驅(qū)動(dòng)聲路徑上的數(shù)字微流體，以使數(shù)字微流體在壓電基片的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸運(yùn)，數(shù)字 微流體的位置由垂直方向的叉指換能器對(duì)確定。這種數(shù)字微流體輸運(yùn)方法解決了兩維平 面內(nèi)數(shù)字微流體的運(yùn)動(dòng)，而隨著數(shù)字流形式微流控芯片研究的深入，必然需要集成越來 越多的操作單元于微流控芯片中，尤其是較復(fù)雜的微流體分析系統(tǒng)，很難將所有的操作單元集成于一個(gè)微流控芯片中，而是將微流體分析系統(tǒng)所需的各操作單元按功能分別集 成于幾個(gè)微流控芯片中，由此牽涉到了在多個(gè)微流控芯片之間輸運(yùn)數(shù)字微流體的問題， 而現(xiàn)有的微流控芯片通常包括一個(gè)壓電基片，壓電基片上設(shè)置有叉指換能器組和用于數(shù) 字微流體運(yùn)動(dòng)的疏水層，叉指換能器組由若干個(gè)叉指換能器組成，叉指換能器沿壓電基 片的四周設(shè)置，叉指換能器與外部信號(hào)發(fā)生裝置連接，壓電基片上靠近叉指換能器向外 的一側(cè)設(shè)置有反射柵，反射柵用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置輸出到叉指換能器上的RF電 信號(hào)功率，如果要在現(xiàn)有的多個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體的輸運(yùn)，則必然要求各 個(gè)微流控芯片具有一個(gè)用于數(shù)字微流體向外輸運(yùn)的出口，然而即使各個(gè)微流控芯片具有 一個(gè)出口，上述現(xiàn)有的數(shù)字微流體輸運(yùn)方法也無法實(shí)現(xiàn)在多個(gè)微流控芯片間的數(shù)字微流 體的輸運(yùn)或傳遞。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體在多個(gè)微流控芯 片之間輸運(yùn)的輸運(yùn)裝置及輸運(yùn)方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微 流體輸運(yùn)的裝置，包括一個(gè)可自由移動(dòng)的輸運(yùn)接口芯片，所述的輸運(yùn)接口芯片主要由輸 運(yùn)壓電基片組成，所述的輸運(yùn)壓電基片連接有導(dǎo)線連接板，所述的輸運(yùn)壓電基片的上表 面設(shè)置有與外部信號(hào)發(fā)生裝置連接的輸運(yùn)叉指換能器和用于數(shù)字微流體輸送的輸運(yùn)疏 水層，所述的輸運(yùn)壓電基片用于與微流控芯片的壓電基片對(duì)接，所述的輸運(yùn)疏水層用于 與微流控芯片的疏水層相連通。本裝置還包括一個(gè)具有在水平和垂直方向均可調(diào)節(jié)的活動(dòng)支架，所述的活動(dòng)支架包 括支架體和連接于所述的支架體上的置物臺(tái)，所述的置物臺(tái)上設(shè)置有玻璃載片，所述的 導(dǎo)線連接板固定連接于所述的玻璃載片上。所述的輸運(yùn)壓電基片的上表面上設(shè)置有用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置輸出到所述的輸運(yùn)叉指換能器上的RF電信號(hào)功率的輸運(yùn)反射柵，所述的輸運(yùn)反射柵的位置靠近所述 的輸運(yùn)叉指換能器遠(yuǎn)離所述的輸運(yùn)疏水層的一側(cè)。所述的輸運(yùn)叉指換能器和所述的輸運(yùn)反射柵均采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻于所述 的輸運(yùn)壓電基片的上表面上。所述的輸運(yùn)疏水層的厚度大于等于1//m且小于等于3/zm。所述的輸運(yùn)叉指換能器包括兩個(gè)第一匯流條，所述的第一匯流條上連接有第一導(dǎo) 線，所述的第一導(dǎo)線的一端通過壓焊工藝或?qū)щ娿y膠固定連接于所述的導(dǎo)線連接板上， 所述的導(dǎo)線連接板上設(shè)置有連接引腳，所述的外部信號(hào)發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生RF電信 號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和與所述的信號(hào)發(fā)生器連接的功率放大器，所述的功率放大器連接有切 換開關(guān)，所述的切換開關(guān)與所述的連接引腳連接。一種在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的方法，包括以下步驟-① 將每個(gè)微流控芯片連接一個(gè)用于固定連接導(dǎo)線的基板，基板上設(shè)置有引腳和支撐塊，通過支撐塊將多個(gè)微流控芯片縱向并行排列成一體，將輸運(yùn)接口芯片通過導(dǎo)線連接 板固定連接于活動(dòng)支架的玻璃載片上，將切換開關(guān)與基板上的引腳及導(dǎo)線連接板上的連 接引腳相連接；② 在水平和垂直方向上調(diào)節(jié)活動(dòng)支架，將輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)壓電基片與待運(yùn)輸出 數(shù)字微流體的微流控芯片的壓電基片對(duì)接，使輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)疏水層與待運(yùn)輸出數(shù) 字微流體的微流控芯片的疏水層相連通；③ 切換切換開關(guān)使功率放大器通過切換開關(guān)與基板上的引腳連接，開啟信號(hào)發(fā)生器 和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳輸給功率放大器，功率放大器對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過切換開關(guān)將放大后的RF電信號(hào)傳輸 給待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的叉指換能器，待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片 的叉指換能器接入RF電信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波；④ 待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)置放于待 運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微 流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)接口 芯片的輸運(yùn)疏水層上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，切換切換開關(guān)使功率放大器 通過切換開關(guān)與基板上的引腳不相連接；⑤ 在水平和垂直方向上調(diào)節(jié)活動(dòng)支架，將輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)壓電基片與待接收輸 運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片的壓電基片對(duì)接，使輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)疏水層與待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片的疏水層相連通；⑥ 切換切換開關(guān)使功率放大器通過切換開關(guān)與導(dǎo)線連接板上的連接引腳連接，開啟 信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳輸給功率放大 器，功率放大器對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過切換開關(guān)將放大后的RF 電信號(hào)傳輸給輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)叉指換能器，輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)叉指換能器接入 RF電信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波；⑦ 輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)位于輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn) 疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng)， 在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯 片的疏水層上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，切換切換開關(guān)使功率放大器通過切 換開關(guān)與導(dǎo)線連接板上的連接引腳不相連接，完成數(shù)字微流體在微流控芯片間的輸運(yùn)。重復(fù)執(zhí)行步驟② ⑦，實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體在多個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明裝置包括了一個(gè)可自由移動(dòng)的輸運(yùn)接口 芯片，輸運(yùn)接口芯片主要由用于與微流控芯片的壓電基片對(duì)接的輸運(yùn)壓電基片組成，輸 運(yùn)壓電基片的上表面設(shè)置有與外部信號(hào)發(fā)生裝置連接的輸運(yùn)叉指換能器和用于與微流 控芯片的疏水層相連通的輸運(yùn)疏水層，這樣當(dāng)需要在多個(gè)微流控芯片之間輸運(yùn)數(shù)字微流 體時(shí)，可將輸運(yùn)壓電基片與微流控芯片的壓電基片對(duì)接，并使輸運(yùn)疏水層和微流控芯片 的疏水層相連通，開啟外部信號(hào)發(fā)生裝置，加載RF電信號(hào)到微流控芯片的叉指換能器上， 微流控芯片的叉指換能器產(chǎn)生聲表面波，聲表面波驅(qū)動(dòng)數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用 下數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)疏水層上，關(guān)閉信號(hào)發(fā)生裝置，再移動(dòng)輸運(yùn)接口芯片，使輸運(yùn) 壓電基片與另一個(gè)微流控芯片的壓電基片對(duì)接，并使輸運(yùn)疏水層與另一個(gè)微流控芯片的 疏水層相連通，采用相同的方法使位于輸運(yùn)疏水層上的數(shù)字微流體輸運(yùn)到另一個(gè)微流控 芯片上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體的多微流控芯片間的輸運(yùn)。


圖1為本發(fā)明的數(shù)字微流體輸運(yùn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。在較為復(fù)雜的微流體分析系統(tǒng)中，通常包括兩個(gè)以上的微流控芯片，每個(gè)微流控芯 片中集成有多個(gè)操作單元，每個(gè)微流控芯片在對(duì)位于其中的數(shù)字微流體進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)有可能需要與位于其他微流控芯片中的數(shù)字微流體共同實(shí)現(xiàn)操作，這樣通常需要將某一個(gè)微流控芯片上的數(shù)字微流體輸運(yùn)到其他需該數(shù)字微流體的微流控芯片上，目前的數(shù)字 微流體輸運(yùn)方法無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)微流控芯片間的數(shù)字微流體的輸運(yùn)，因此本發(fā)明提出了一 種在多個(gè)微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置。在詳細(xì)描述本發(fā)明裝置之前先對(duì)微流控芯片進(jìn)行說明，如圖1所示，圖l中給出了 兩個(gè)微流控芯片22，微流控芯片22主要由壓電基片221組成，壓電基片221的上表面 為工作表面222，工作表面222上設(shè)置有叉指換能器223、用于數(shù)字微流體9運(yùn)動(dòng)的疏 水層224和用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置8輸出到叉指換能器223上的RF電信號(hào)功率的 反射柵225，反射柵225的位置靠近叉指換能器223遠(yuǎn)離疏水層224的一側(cè)，壓電基片 221的下表面連接有能夠用于固定連接導(dǎo)線的基板21。其中，叉指換能器223和反射柵225均采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻于壓電基片221 的工作表面222上；壓電基片221可采用普通的LiNb03壓電基片或光學(xué)級(jí)LiNb03壓電 基片；連接于壓電基片221的下表面的基板21由PCB (Printed Circuit Board,印刷線路 板)板制作而成，PCB板容易固定導(dǎo)線，當(dāng)然基板21也可采用其他現(xiàn)有的可以固定導(dǎo) 線的基板；微流控芯片22的疏水層224為在工作表面222上涂覆一層Teflon AF 1600疏水材料形成的，疏水層224的厚度可控制在lpw到3//w之間。本發(fā)明的裝置如圖1所示，包括一個(gè)能夠自由移動(dòng)的輸運(yùn)接口芯片12，輸運(yùn)接口芯 片12主要由輸運(yùn)壓電基片121組成，輸運(yùn)壓電基片121連接有用于固定連接導(dǎo)線的導(dǎo) 線連接板ll，輸運(yùn)壓電基片121的上表面為輸運(yùn)工作表面122，輸運(yùn)工作表面122上設(shè) 置有與外部信號(hào)發(fā)生裝置8連接的輸運(yùn)叉指換能器123和用于數(shù)字微流體9運(yùn)動(dòng)的輸運(yùn) 疏水層124，在需進(jìn)行輸運(yùn)數(shù)字微流體時(shí)需將輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)壓電基片121與微 流控芯片22的壓電基片221對(duì)接，使輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)疏水層124與微流控芯片 22的疏水層224相連通。在此，輸運(yùn)壓電基片121與壓電基片221 —樣均可采用普通的 LiNb03壓電基片，也可均采用光學(xué)級(jí)的LiNb03壓電基片。在此，輸運(yùn)壓電基片121靠 近其輸運(yùn)工作表面122上設(shè)置的輸運(yùn)疏水層124的一端的邊緣超出導(dǎo)線連接板11靠近 輸運(yùn)疏水層124的一端的邊緣，同樣壓電基片221靠近其工作表面222上設(shè)置的疏水層 224的一端的邊緣超出基板21靠近疏水層224的一端的邊緣，這樣可有效保證輸運(yùn)壓電 基片121與壓電基片221對(duì)接，且使輸運(yùn)疏水層124與疏水層224相連通。在此具體實(shí)施例中，為使輸運(yùn)接口芯片12能夠達(dá)到自由移動(dòng)且又比較穩(wěn)定的目的， 本裝置還應(yīng)包括一個(gè)具有在水平和垂直方向均可調(diào)節(jié)的活動(dòng)支架3，活動(dòng)支架3包括支 架體31和連接于支架體上的置物臺(tái)32，置物臺(tái)32上設(shè)置有玻璃載片33，導(dǎo)線連接板 11通過現(xiàn)有的固定連接方式固定連接于玻璃載片33上。在此，活動(dòng)支架3也可由其他 任意現(xiàn)有成熟的具有上下左右調(diào)節(jié)功能的調(diào)節(jié)裝置替代。在此，導(dǎo)線連接板ll由PCB (Printed Circuit Board,印刷線路板)板制作而成，PCB板容易固定導(dǎo)線，當(dāng)然導(dǎo)線連 接板11也可采用其他現(xiàn)有的可以固定導(dǎo)線的基板。在此具體實(shí)施例中，在與微流控芯片22連接的基板21與微流控芯片22不接觸的 一個(gè)表面上設(shè)置有支撐塊226，這樣當(dāng)相鄰的微流控芯片22通過支撐塊226縱向即垂直 于地平線的方向并行排列成一體時(shí)，支撐塊226將微流控芯片22之間隔開，有效保障 了微流控芯片22的正常工作，此外該支撐塊226的高度需大于數(shù)字微流體9的最大直 徑，這樣可使得位于上面的基板21的下表面不與位于下面的微流控芯片22上的數(shù)字微 流體9相接觸，以保證數(shù)字微流體9能夠正常運(yùn)動(dòng)。在此，也可以將多個(gè)微流控芯片22 橫向排列，只是這樣的置放方式會(huì)占用較大的空間面積。在此，支撐塊226最好采用絕 緣材料制成。在此具體實(shí)施例中，在輸運(yùn)壓電基片121上可設(shè)置用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置8輸 出到輸運(yùn)叉指換能器123上的RF電信號(hào)功率的輸運(yùn)反射柵125，輸運(yùn)反射柵125的位 置靠近輸運(yùn)叉指換能器123遠(yuǎn)離輸運(yùn)疏水層124的一側(cè)，輸運(yùn)叉指換能器123和輸運(yùn)反 射柵125均采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻于輸運(yùn)工作表面122上，在此，設(shè)置輸運(yùn)反射柵 125后，加載到輸運(yùn)叉指換能器123的RF電信號(hào)可相對(duì)較低一點(diǎn)，如果沒有輸運(yùn)反射 柵125的情況下，需加載較大功率的RF電信號(hào)到輸運(yùn)叉指換能器123。在此具體實(shí)施例中，輸運(yùn)疏水層124為在輸運(yùn)工作表面122上涂覆一層Teflon AF1600疏水材料形成的，輸運(yùn)疏水層124的厚度可在l/mi到3;um之間，在此限制輸運(yùn)疏水層124的厚度是為了使輸運(yùn)疏水層124有較好的疏水性能，如果輸運(yùn)疏水層12太厚， 則當(dāng)輸運(yùn)叉指換能器123工作產(chǎn)生聲表面波后，較厚的輸運(yùn)疏水層會(huì)衰減聲表面波的能 量，這樣將導(dǎo)致輸運(yùn)叉指換能器123產(chǎn)生的聲表面波無法驅(qū)動(dòng)數(shù)字微流體，如果疏水層 太薄，則其表面張力較大，疏水性能較差。在此具體實(shí)施例中，輸運(yùn)叉指換能器123包括兩個(gè)第一匯流條127，第一匯流條127 上連接有第一導(dǎo)線4,第一導(dǎo)線4的一端通過導(dǎo)電銀膠固定連接于導(dǎo)線連接板11上，導(dǎo) 線連接板11上設(shè)置有連接引腳111，第一導(dǎo)線4的一端通過連接引腳111與外部的信號(hào) 發(fā)生裝置8連接，微流控芯片22的叉指換能器223包括兩個(gè)第二匯流條227，第二匯流 條227上連接有第二導(dǎo)線5，第二導(dǎo)線5的一端通過導(dǎo)電銀膠固定連接于基板21上，基 板21上設(shè)置有引腳211 ，第二導(dǎo)線5的一端通過引腳211與外部的信號(hào)發(fā)生裝置8連接。 在此，通過導(dǎo)電銀膠固定導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線連接板11和基板21可采用PCB板。在此，也 可通過壓焊工藝的方式來固定導(dǎo)線，只是導(dǎo)線連接板11和基板21需采用具有銅表面的 基板。在此具體實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生裝置8包括用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器81和與 信號(hào)發(fā)生器81連接的功率放大器82,功率放大器82連接有切換開關(guān)83，切換開關(guān)83 與連接引腳111和引腳211連接，通過切換切換開關(guān)83使功率放大器82通過切換開關(guān) 83與連接引腳111或引腳211相連接或斷開。在此，信號(hào)發(fā)生器81、功率放大器82及 切換開關(guān)83均采用現(xiàn)有技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體在多個(gè)微流控芯片之間輸運(yùn)，微流控芯片22的壓電基片221的 工作表面222上可只設(shè)置一個(gè)叉指換能器223，也可設(shè)置多個(gè)叉指換能器223,多個(gè)叉 指換能器223是因?yàn)閷?duì)數(shù)字微流體的各種操作的需要。設(shè)置多個(gè)叉指換能器223時(shí)，多 個(gè)叉指換能器223需沿著壓電基片221的工作表面222的四周布置，類似于現(xiàn)有技術(shù)中 采用微電子工藝制作的2x2陣列叉指換能器，但同時(shí)又區(qū)別于該2x2陣列叉指換能器， 多個(gè)叉指換能器223布置于壓電基片221的工作表面222的四周時(shí)需留出 一個(gè)用于數(shù)字 微流體9輸運(yùn)的出口，這樣各個(gè)叉指換能器223配合工作，可使數(shù)字微流體9朝出口處 運(yùn)動(dòng)。但輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)壓電基片121的輸運(yùn)工作表面122上可只設(shè)置一個(gè)輸 運(yùn)叉指換能器123，當(dāng)然也可以設(shè)置多個(gè)輸運(yùn)叉指換能器123,但在此輸運(yùn)接口芯片12 只是擔(dān)當(dāng)一個(gè)輸運(yùn)數(shù)字微流體的一個(gè)中間部件，所以不需要設(shè)置多個(gè)輸運(yùn)叉指換能器 123。
使用上述裝置的輸運(yùn)方法，具體包括以下步驟
① 將多個(gè)連接有基板21的微流控芯片22通過連接于基板21上的支撐塊226縱向 并行排列成一體，基板21與基板21之間由支撐塊隔開，在此需確保支撐塊226的高度 大于數(shù)字微流體的最大直徑，這樣才能使得位于上面的基板的下表面不與位于下面的微 流控芯片上的數(shù)字微流體相接觸，以保證數(shù)字微流體能夠正常運(yùn)動(dòng)；然后將輸運(yùn)接口芯 片12通過導(dǎo)線連接板11固定連接于玻璃載片33上，固定連接方式可采用現(xiàn)有的任何 成熟的連接方式；再將切換開關(guān)83與基板21上的引腳211及導(dǎo)線連接板11上的連接 引腳lll相連接。
② 在水平和垂直方向上調(diào)節(jié)活動(dòng)支架3，將輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)壓電基片121 與待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片22的壓電基片221對(duì)接，并使輸運(yùn)接口芯片12的 輸運(yùn)疏水層124與待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片22的疏水層224相連通。
③ 切換切換開關(guān)83使功率放大器82通過切換開關(guān)83與基板21上的引腳211連接， 開啟信號(hào)發(fā)生器81和功率放大器82，信號(hào)發(fā)生器81輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳 輸給功率放大器82，功率放大器82對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過切換 開關(guān)83將放大后的RF電信號(hào)傳輸給待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片22的叉指換能 器223，待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片22的叉指換能器223接入RF電信號(hào)后產(chǎn)生 聲表面波。
④ 待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片22的叉指換能器223產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)置 放于待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片22的疏水層224上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使 待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體 運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)疏水層124上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器81和功率放大器82， 切換切換開關(guān)83使功率放大器82通過切換開關(guān)83與基板21上的引腳211不相連接。
⑤ 在水平和垂直方向上調(diào)節(jié)活動(dòng)支架3，將輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)壓電基片121與待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片22的壓電基片221對(duì)接，并使輸運(yùn)接口 芯片12的輸運(yùn)疏水層124與待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片22的疏水層 224相連通。
⑥ 切換切換開關(guān)83使功率放大器82通過切換開關(guān)83與導(dǎo)線連接板11上的連接引 腳111連接，開啟信號(hào)發(fā)生器81和功率放大器82，信號(hào)發(fā)生器81輸出RF電信號(hào)并將 RF電信號(hào)傳輸給功率放大器82，功率放大器82對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理， 并通過切換開關(guān)83將放大后的RF電信號(hào)傳輸給輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)叉指換能器 123，輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)叉指換能器123接入RF電信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波。
⑦ 輸運(yùn)接口芯片12的輸運(yùn)叉指換能器123產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)位于輸運(yùn)接口芯片 12的輸運(yùn)疏水層124上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳 播路徑運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體 的另一個(gè)微流控芯片22的疏水層224上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器81和功率放大器82,切 換切換開關(guān)83使功率放大器82通過切換開關(guān)83與導(dǎo)線連接板11上的連接引腳111不 相連接，完成數(shù)字微流體在微流控芯片間的輸運(yùn)。
根據(jù)實(shí)際操作需要，可重復(fù)執(zhí)行上述步驟② ⑦，實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體在多個(gè)微流控芯 片之間的輸運(yùn)。
權(quán)利要求
1、一種在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于包括一個(gè)可自由移動(dòng)的輸運(yùn)接口芯片，所述的輸運(yùn)接口芯片主要由輸運(yùn)壓電基片組成，所述的輸運(yùn)壓電基片連接有導(dǎo)線連接板，所述的輸運(yùn)壓電基片的上表面設(shè)置有與外部信號(hào)發(fā)生裝置連接的輸運(yùn)叉指換能器和用于數(shù)字微流體輸送的輸運(yùn)疏水層，所述的輸運(yùn)壓電基片用于與微流控芯片的壓電基片對(duì)接，所述的輸運(yùn)疏水層用于與微流控芯片的疏水層相連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于還包括一個(gè)具有在水平和垂直方向均可調(diào)節(jié)的活動(dòng)支架，所述的活動(dòng)支架包括支架體和連接于所述的支架體上的置物臺(tái)，所述的置物臺(tái)上設(shè)置有玻璃載片，所述的導(dǎo)線連接板固定連接于所述的玻璃載片上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于所述的輸運(yùn)壓電基片的上表面設(shè)置有用于減少外部信號(hào)發(fā)生裝置輸出到所述的輸運(yùn)叉指換能器上的RF電信號(hào)功率的輸運(yùn)反射柵，所述的輸運(yùn)反射柵的位置靠近所述的輸運(yùn)叉指換能器遠(yuǎn)離所述的輸運(yùn)疏水層的一側(cè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于所述的輸運(yùn)叉指換能器和所述的輸運(yùn)反射柵均采用現(xiàn)有的微電子工藝光刻于所述的輸運(yùn)壓電基片的上表面上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于所述的輸運(yùn)疏水層的厚度大于等于1//附且小于等于3/// 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的裝置，其特征在于所述的輸運(yùn)叉指換能器包括兩個(gè)第一匯流條，所述的第一匯流條上連接有第一導(dǎo)線，所述的第一導(dǎo)線的一端通過壓焊工藝或?qū)щ娿y膠固定連接于所述的導(dǎo)線連接板上，所述的導(dǎo)線連接板上設(shè)置有連接引腳，所述的外部信號(hào)發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生RF電信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器和與所述的信號(hào)發(fā)生器連接的功率放大器，所述的功率放大器連接有切換開關(guān)，所述的切換開關(guān)與所述的連接引腳連接。
7、 一種在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的方法，其特征在于包括以下步驟:① 將每個(gè)微流控芯片連接一個(gè)用于固定連接導(dǎo)線的基板，基板上設(shè)置有引腳和支撐塊，通過支撐塊將多個(gè)微流控芯片縱向并行排列成一體，將輸運(yùn)接口芯片通過導(dǎo)線連接板固定連接于活動(dòng)支架的玻璃載片上，將切換開關(guān)與基板上的引腳及導(dǎo)線連接板上的連接引腳相連接；② 在水平和垂直方向上調(diào)節(jié)活動(dòng)支架，將輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)壓電基片與待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的壓電基片對(duì)接，使輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)疏水層與待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的疏水層相連通；③ 切換切換開關(guān)使功率放大器通過切換開關(guān)與基板上的引腳連接，開啟信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳輸給功率放大器，功率放大器對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過切換開關(guān)將放大后的RF電信號(hào)傳輸給待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的叉指換能器，待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的叉指換能器接入RF電信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波；④ 待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)置放于待運(yùn)輸出數(shù)字微流體的微流控芯片的疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)疏水層上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，切換切換開關(guān)使功率放大器通過切換開關(guān)與基板上的引腳不相連接；⑤ 在水平和垂直方向上調(diào)節(jié)活動(dòng)支架，將輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)壓電基片與待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片的壓電基片對(duì)接，使輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)疏水層與待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片的疏水層相連通；⑥ 切換切換開關(guān)使功率放大器通過切換開關(guān)與導(dǎo)線連接板上的連接引腳連接，開啟信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器輸出RF電信號(hào)并將RF電信號(hào)傳輸給功率放大器，功率放大器對(duì)接收到的RF電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并通過切換開關(guān)將放大后的RF電信號(hào)傳輸給輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)叉指換能器，輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)叉指換能器接入RF電信號(hào)后產(chǎn)生聲表面波；⑦ 輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)叉指換能器產(chǎn)生的聲表面波驅(qū)動(dòng)位于輸運(yùn)接口芯片的輸運(yùn)疏水層上的待輸運(yùn)的數(shù)字微流體，使待輸運(yùn)的數(shù)字微流體沿聲表面波的傳播路徑運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用下待輸運(yùn)的數(shù)字微流體運(yùn)動(dòng)到待接收輸運(yùn)過來的數(shù)字微流體的微流控芯片的疏水層上，然后關(guān)閉信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，切換切換開關(guān)使功率放大器通過切換開關(guān)與導(dǎo)線連接板上的連接引腳不相連接，完成數(shù)字微流體在微流控芯片間的輸運(yùn)。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體輸運(yùn)的方法，其特征在于重復(fù)執(zhí)行步驟② ⑦，實(shí)現(xiàn)數(shù)字微流體在多個(gè)微流控芯片之間的輸運(yùn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在微流控芯片之間實(shí)現(xiàn)微流體輸運(yùn)的裝置及方法，優(yōu)點(diǎn)在于本裝置包括輸運(yùn)接口芯片，輸運(yùn)接口芯片由輸運(yùn)壓電基片組成，輸運(yùn)壓電基片上設(shè)置有輸運(yùn)叉指換能器和輸運(yùn)疏水層，這樣需在多個(gè)微流控芯片間輸運(yùn)微流體時(shí)，可將輸運(yùn)壓電基片與微流控芯片的壓電基片對(duì)接，使輸運(yùn)疏水層和微流控芯片的疏水層相連通，開啟信號(hào)發(fā)生裝置，加載RF電信號(hào)到微流控芯片的叉指換能器上使其產(chǎn)生聲表面波并驅(qū)動(dòng)微流體運(yùn)動(dòng)，在慣性力作用下微流體運(yùn)動(dòng)到輸運(yùn)疏水層上，關(guān)閉信號(hào)發(fā)生裝置，再移動(dòng)輸運(yùn)接口芯片，使輸運(yùn)壓電基片與另一微流控芯片的壓電基片對(duì)接，使輸運(yùn)疏水層與該微流控芯片的疏水層相連通，采用相同的方法使微流體輸運(yùn)到該微流控芯片上。
文檔編號(hào)B01L3/00GK101601987SQ20091010043
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者葉麗軍, 章安良, 費(fèi)景臣 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)