基于声表面波技术实现纸基微流开关研究

提出了采用声表面波技术实现纸基微流开关的方法。它由127.68°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3压电基片和两个有一定间隙的纸微通道组成。压电基片上采用微电子工艺制作1个中心频率为27.5MHz的叉指换能器和1个反射栅,纸微流通道采用PDMS薄膜贴附于压电基片的声传播路径上,微流通道一侧微流体在没有声表面波作用时,微流...     

基于声表面波实现数字微流体的产生

数字微流体的产生是压电材料为基片的微流控芯片进行微流分析的前提,报道了在压电基片上应用声表面波技术产生数字微流体的方法.在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上集成PDMS微通道,在微通道出口一侧为经疏水处理的铝薄片,注射泵产生恒定流量的微流体经PDMS微通道到达铝薄片并聚集,当聚集的微流体体积足够大时,微流体克服表面张力作用下滑到达压电基片,并在中心频率为27.7 MHz叉指换能器激发的声表面波作用下输运,实现微流体的数字化.同时,理论分析了微流体在铝薄片表面上受力状况,并以水为实验对象,进行微流体数字化实验.结果表明,声表面波作用下能精确产生微升量级数字微流体,为压电微流控芯片提供了一种新的微流体引入方法.     

微通道导引下数字微流体快速混合

微流体混合是微流控芯片急需完善的重要操作单元,提出了在声表面波驱动下实现微通道内数字微流体快速混合方法.在1280YX-LiNbO3基片上设计相互垂直排列的两叉指换能器和反射栅,并在其声传播路径上制作微通道且进行疏水处理以防止微流体偏离运动方向,待混合的数字微流体移液于微通道中,分别在两叉指换能器上分时加RF电信号激发相互垂直声表面波,以驱动微通道中微流体输运、合并及快速混合.输运实验结果表明微流体在没有微通道时运动发生严重偏离声传播方向;混合实验表明:相比于自由扩散混合,声表面波作用极大地提高微通道中微流体混合速度且混合程度更高.     

基于声表面波微液滴并行加热研究

提出了一种并行加热微液滴的方法。在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3压电基片上采用微电子工艺制作叉指换能器和反射栅,在其声路径上贴合环形聚二甲基硅氧烷(PDMS)微槽,其内充满石蜡油微流体。设计有多个受热区的图案,经过激光切割转移到导热性良好的、厚度为0.3 mm的铜金属传热片上,并放置于PDMS微槽上。射频电信号加到叉指换能器上激发声表面波,辐射入微槽中的石蜡油微流体,并将能量通过传热片传递到受热区,进而加热受热区上的微液滴。以纯净水微液滴为实验对象,进行了多个微液滴并行加热实验。结果表明,在单个叉指换能器上加电信号激发的声表面波可同时加热多个微液滴,且其温度变化值随射频电信号功率增加而增加,同时,微液滴体积和受热区中并行加热的微液滴数影响其温度变化。     

基于声表面波技术数字微流体基片间输运研究

复杂的生化分析系统往往很难集成于一个微流基片中,而按功能分别集成于两个或多个基片,为此,需要实现质荷在两基片间输运.提出了采用声表面波技术实现数字微流体在压电基片和玻璃基片间输运的新方法,它在128°YX-LiNbO3基片上光刻一个叉指换能器和一个反射栅,经功率放大器放大后频率为27.5 MHz的RF信号加到叉指换能器上,它激发的声表面波驱动其声路径上的数字微流体,使其按声传播方向快速运动,并到达与其相连接且经疏水处理的弧形聚合物表面,数字微流体由于自身重力克服表面张力作用沿弧形聚合物表面滑落到玻璃基片,实现两基片间输运.实验结果表明弧形聚合物曲率半径和微流体体积的大小影响其在两基片间输运.同时,提出了较小体积的微流体采用不相溶的油作为辅助微流体实现目标数字微流体在两基片间输运.     

基于两相向声表面波快速富集悬液中微粒

为提高生化分析灵敏度,提出了一种快速富集悬液中微粒的新方法.它在127.68°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上采用微电子工艺制作了2×2叉指换能器阵列,在该叉指换能器阵列的一对对角叉指换能器上同时加经功率放大器放大后的RF信号,以激发两相向声表面波,采用微量进样器将待富集的微流体(微液滴)进样到两相向传播的声路径上,微液滴中的微粒在该两相向的声表面波作用下快速向心富集.淀粉溶液微液滴富集实验结果表明,两相向声表面波作用下,10秒内实现微液滴中淀粉微粒的快速富集.     

声表面波为能量源的微通道关闭研究

为控制微通道内微流体流向,提出了一种声表面波关闭微通道方法。在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3压电基片上制作中心频率为27.5 MHz的叉指换能器,其激发的声表面波熔融聚二甲基硅氧烷微槽内固体石蜡,熔融后的石蜡由于毛细作用力沿微通道输运。当移去激发声表面波的电信号后,熔融石蜡固化并阻塞微通道,实现微通道关闭。以红色染料溶液为实验对象,对微通道进行关闭操作。结果表明,声表面波可以成功地实现微通道关闭操作,当电信号功率为31.7 dBm时,微通道关断时间约为5 min。本文工作对声表面波为驱动源的微阀研究具有一定的借鉴意义。     

基于声表面波技术的微流体混合及仿真

报道了在微流系统中使用基于叉指聚焦换能器的声表面波的一种有效方法.利用lift-off和软光刻技术在铌酸锂( LiNbO3)压电单晶片基底上制作器件.使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics分别模拟聚焦叉指电极和平行叉指电极两种声表面波的形成和分布.通过与相同条件下的平行叉指电极比较,说明聚焦叉指电极可...     

复杂声表面波滤波器进化设计

传统的复杂声表面波滤波器设计方法繁杂,迫切需要简炼的复杂声表面波滤波器设计技术,提出了一种新的声表面波滤波器设计方法,它将变迹的输入和输出叉指换能器进行"分割-求和",以声表面波滤波器中心频率处的插入损耗和旁瓣抑制作为寻优目标,叉指换能器的指条长度作为基因,通过选择、交叉和变异等遗传操作,自动生成复杂声表面波滤波器的输入和输出叉指换能器所有指条长度,进化实例表明,所提出的设计方法能自动、高效地满足所要求设计指标的复杂声表面波滤波器,且具有较强的实用价值.     

低功率电信号激发的不连续声表面波破裂压电基片上液滴

提出了一种新的微流器件上液滴破裂的方法。采用微电子工艺在128°yx-LiNbO3 基片上制作一对中心频率为27.5MHz叉指换能器和反射栅。瞬间下降电信号激发不连续声表面波辐射入待破裂液滴,在其内产生不连续声流。当电信号突然消失,部分微流体由于惯性力从液滴中飞逸。采用红色染料溶液进行液滴破裂实验,结果表明：当电信号功率从12.3dBm突然降低到-3.98dBm,压电基片上液滴能产生破裂,并且其均匀性受液滴体积影响。所提出的液滴破裂方法为微流系统进行微流分析提供了一种新的样品前处理技术,具有一定的学术价值。     

声表面波辅助实现纸基微流分析

纸基微流器件往往难以实现样品前处理操作.提出了一种简单的纸基微通道制作方法及兼具有前处理操作功能的纸基微流分析方法.采用Protel设计微通道图案,采用印刷电路技术制作铜模板,并涂覆石蜡、覆盖滤纸,而后用电烙铁加热铜模板另一侧,熔融石蜡渗透入滤纸形成纸基微通道.制作的纸基器件放置于128°YX-LiNbO3压电基片上,...     

Capillary flow in microchannels

The surface of microchannels, especially polymer channels, often needs to be treated to acquire specific properties. This study investigated the capillary flow and the interface behavior in several glass capillaries and fabricated microchannels using a photographic technique and image analysis. The effect of air plasma treatment on the characteristics of capillary flow in three types of microfluidic chips, and the longevity of the acquired surface properties were also studied. It was observed that the dynamic contact angles in microchannels were significantly larger than those measured from a flat substrate and the angle varied with channel size. This suggests that dynamic contact angle measured in situ must be used in the theoretical calculation of capillary flow speed, especially for microfabricated microchannels since the surface properties are likely to be different from the native material. This study also revealed that plasma treatment could induce different interface patterns in the PDMS channels from those in the glass and PC channels. The PDMS channel walls could acquire different level of hydrophilicity during the plasma treatment, and the recovery to hydrophobicity is also non-homogeneous.     

单泵控制聚焦流形态的微流控芯片的研制

研究一种单动力源、聚焦流形态可控的用于细胞排队的微流控芯片。建立了样品沟道与鞘流沟道不同长度比例、不同夹角的模型并进行了不同负压条件下聚焦流形态仿真,运用SPSS软件进行了回归分析并进行了模型优化。在芯片的微加工过程中,利用印刷电路板(PCB)制作了母板,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为芯片主要材料,制作了PDMS—PDMS,PDMS—玻璃及PCB—PDMS三种芯片。制作的芯片能够在单个动力源条件下控制聚焦流宽度,使不同大小的微粒及细胞呈单个排列流动。研究结果为分析不同尺寸的细胞而选择合适的样品流沟道与鞘流沟道长度、夹角等条件提供了依据,所制作的芯片也达到了廉价且实用的目的。     

An improved bulk acoustic waves chip based on a PDMS bonding layer for high-efficient particle enrichment

In this work, we developed a feasible way to package bulk acoustic waves chip with sandwich structure by inserting a polydimethylsiloxane (PDMS) layer as the adhesive between cover glass and silicon substrate. After spin-coating and curing process, a PDMS layer was formed on one side of the cover glass and then bonded to the silicon substrate with microchannels by oxygen plasma treating. Both simulation and experiment showed that the chip was not leaking and the acoustic waves produced by the piezoelectric transducer could be propagated through the PDMS layer. Finally, a standing wave field was formed in the microchannels. Compared with traditional chip bonded by anodic bonding, simulation results showed that this packaging method did decrease the acoustic pressure in the channel, but the reduction was acceptable. After optimizing the experimental parameters, we successfully aggregated 15-μm silica spheres under a very low input power (21 dBm) at a flow velocity of 1 ml/h, and the enrichment efficiency of silica spheres was greater than 97%.     

聚二甲基硅氧烷微流体芯片的制作技术

基于MEMS技术的微流体芯片在分析化学和生物医学领域显示了巨大的应用潜力。作为构建微流体芯片的基底材料———聚二甲基硅氧烷(PDMS)已经表现出了许多的优点:良好的电绝缘性、较高的热稳定性、优良的光学特性以及简单的加工工艺等。采用浇注法制作了PDMS电泳微芯片,对PDMS微流体芯片的加工工艺、封装方法和结构特征进行了探讨,并提出了相应的解决方案。     

Novel surface acoustic wave (SAW)-driven closed PDMS flow chamber

In this article, we demonstrate a novel microfluidic flow chamber driven by surface acoustic waves. Our device is a closed loop channel with an integrated acoustic micropump without external fluidic connections that allows for the investigation of small fluid samples in a continuous flow. The fabrication of the channels is particularly simple and uses standard milling and PDMS molding. The micropump consists of gold electrodes deposited on a piezoelectric substrate employing photolithography. We show that the pump generates a pressure-driven Poiseuille flow, investigate the acoustic actuation mechanism, characterize the flow profile for different channel geometries, and evaluate the driving pressure, efficiency and response time of the acoustic micropump. The fast response time of our pump permits the generation of non-stationary flows. To demonstrate the versatility of the device, we have pumped a red blood cell suspension at a physiological rate of 60?beats/min.