一种微流体自律运动的微流控芯片及注液装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种微流控芯片，尤其涉及一种微流体自律运动的微流控芯片及注液装置。
【背景技术】
[0002]微流控芯片是将微机电加工技术、测试分析技术、数字信息技术等高度集成化的产物，它将生物化学分析、分离，医学病毒、基因检测等功能集成到一块芯片上。随着信息技术的发展，运用微流控芯片检测技术，可以实现远程诊断，远程医疗等。微流控芯片是利用其内部的微流道并根据不同的使用要求，对测试液、样液等进行分离、混合、反应等来实现其功能，一般的微流道宽度小至50微米，深10微米。目前，微流控芯片基板表面的微流道通常是通过光刻、化学刻蚀等方法制作，化学刻蚀方法图形控制性较差，流道深宽比小，且流道表面较粗糙，粗糙的流道表面增加了流体在流道内的阻力。光刻技术是相对较成熟的技术，也是目前微流芯片基板制造中应用较多的技术手段。光刻法要经过基板清洗烘干、涂底、涂胶、软烘、加盖掩模板、曝光、显影、腐蚀等一系列程序，制作过程复杂，且每一步都需要精确控制才能制作出精度较高的芯片，制作周期长，且成本较高，很难将微流芯片推广应用，目前微流控芯片主要应用于实验研宄中。所以目前需要寻找一种简便易行的微流控芯片基板制作方法。微流控芯片基板制作完毕还需要加装盖板才能形成完整的微流道，目前主要有直接键合、高温热键合、粘接键合、等离子体辅助键合等方法加装盖板。其中直接键合法主要应用于PDMS材料的微流芯片的键合中，此方法键合里是利用分子间的范德瓦尔斯力结合，键合力有限，容易发生漏液现象；高温热键合的方法对基板和盖板的平面度要求较高，进而增加了基板和盖板的制作难度，从而增加了成本；粘接键合是采用粘接剂将基板与盖板键合，粘接剂容易堵塞微流道；等离子辅助键合需要使用的高真空等离子体设备较昂贵，所以成本较高。目前微流控系统内流体驱动的方式有压力驱动、气动微泵驱动、离心力驱动、电渗驱动等方式。压力驱动和气动微泵驱动下的液体流动有脉动性缺点，尤其当液体在低速流动情况下脉动性较明显；离心力驱动是利用芯片旋转时产生的离心力来驱动芯片流道内的液体流动，此时芯片内的液体同时受力，不易实现复杂控制。且由于芯片工作时需要旋转，所以难以与送样设备、检测设备、信息采集设备联用；电渗驱动是利用流道表面产生的电荷并通过外加电场驱动芯片内的流体运动。此方法需要很高的外部电压，由于只有特定的芯片材料才能使流道壁产生电荷，所以芯片制作材料受到限制。另外此方法稳定性有待提尚。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种高精度，易封装、易驱动微流控芯片及其制作方法。本实用新型所述微流控芯片制作、封装和驱动方法可以有效解决目前微流控芯片内流道表面质量不够高，封装易出现漏液、设备昂贵且成本高，流体驱动不够灵活、设备复杂等冋题。
[0004]本实用新型可通过如下技术方案实现:
[0005]本实用新型一方面提供了一种微流体自律运动的微流控芯片，包括芯片基板、盖板，所述芯片基板上设置有横截面呈V槽形的微流道，所述微流道的入口深度10?800微米，流道出口深度20?800微米，同时，所述微流道从入口到出口深度逐渐变深，且变化规律为ΛΗ= Δ Ltan β , ΔΗ为流道深度增量，Δ L为流道长度增量，(K β〈10度。
[0006]进一步地，所述微流道呈放射状分布于芯片基板上且相交于同一入口，各条微流道呈直线形，各微流道的V槽夹角为30?180度。
[0007]进一步地，所述微流道为曲线形，其V槽夹角为30?90度，所述微流道的出口连接设置于芯片基板的混合反应池。
[0008]进一步地，所述芯片基板和盖板的材料为透光性聚合物石英、PMMA, PDMS或玻璃，所述微流道的内表面粗糙度为10纳米?30纳米，V槽尖端圆弧半径为10微米?20微米，以提高流体在微流道内的流动速度。
[0009]微流道截面形状为V形，其形式分为直线流道和曲线流道两种。直线流道阵列式微流控芯片主要用于简单测试项目的批量操作。曲线流道微流控芯片主要用于相对较复杂的测试项目。为了增加流体在芯片微流道内的流动性，两种芯片的流道深度都是从入口到出口逐渐加深。
[0010]本实用新型另一方面提供了一种微流体自律运动的微流控芯片的制造方法，包括步骤:
[0011]步骤1、磨削微流道，采用金刚石砂轮在芯片基板按预定轨迹磨削出微流道；
[0012]步骤2、封装芯片基板和盖板，采用超声波辅助震动的方式封装，超声波发生器发出的超声电信号经过超声波换能器、变幅杆、工具头作用在盖板表面，沿盖板继续向下传播直至盖板与芯片基板的接触面，然后在接触面产生高频机械振动，两接触面产生高频摩擦并升温，最后发生融合使盖板和芯片基板紧密结合在一起，不易发生漏液，且封装效率高。
[0013]进一步地，所述步骤I具体包括:
[0014]步骤11、将金刚石砂轮精密修整成V形尖端，尖端的夹角与所需加工的微流道截面夹角相同，取值为30?180度，所述金刚石砂轮为金属基或树脂基金刚石砂轮，直径为150毫米，粒度300?4000目，金刚石浓度100% ；
[0015]步骤12、将金刚石砂轮安装在精密磨床主轴上，转速为2000?3000转/分，芯片基板装夹水平分度盘上，金刚石砂轮沿与芯片基板表面成一定角度的折线刀具轨迹做直线插补运动，进给速度为0.1?0.2米/分，每次进给深度为I?3微米，使用水冷却，利用砂轮尖端在芯片基板I表面磨削出微流道；
[0016]步骤13、一条微流道磨削完，分度盘旋转一定角度，磨削下一条微流道，直到磨削出所有微流道。
[0017]进一步地，所述步骤I具体包括:
[0018]将圆柱形金刚石砂轮的柄部夹持在五轴精密机床上，圆柱形金刚石砂轮的砂轮头直径为2?50毫米，粒度300?4000目，金刚石浓度100 %，砂轮头端面与侧面形成的尖角的角度为30?90度；圆柱形金刚石砂轮的轴线与芯片基板表面的法线方向夹角α为45度，砂轮转速η为2000?10000转/分，沿曲线刀具轨迹利用尖角在芯片基片表面磨削出微流道，砂轮进给速度V为0.1?0.2米/分，每次进给深度a为I?3微米，使用水冷却。
[0019]进一步地，步骤2中所述超声波换能器接收到的超声电信号的频率为10?130kHz，超声波的功率为50?1500瓦，变幅杆的变幅比为I?15。
[0020]本实用新型还提供一种用于所述的微流控芯片的注液装置，包括一端连接微流控芯片入口、另一端连接注液装置出口的管道，所述注液装置另一端依次连接工具头、变幅杆、超声波换能器，所述超声波换能器接收到的超声电信号的频率为10?130kHz，超声波的功率为50?1500瓦，变幅杆的变幅比为I?15。
[0021]进一步地，所述注液装置包括出口连接管道的活塞式注射器，所述活塞式注射器的活塞的一端与超声波的工具头相接触，另一头与注射器内液体相接触；
[0022]或者，
[0023]所述注液装置包括一个一端与工具头相连、另一端连接管道的转接头，所述转接头中间设有流体通道，外部试液通过所述流体通道的孔入口流入流体通道再通过连接管道流入微流道的入口。
[0024]本实用新型的流体驱动方式同样采用超声波辅助，其一超声震动施加在活塞式注射器的“活塞”上，“活塞”产生高频振动的同时会对与其相接触的液体产生高频的往复推力，从而驱使液体向流道内流动。其二超声震动施加在管道上，管道将超声震动传递给流体，且震动沿流体流动方向传播，流体内产生的高频振动驱使其相前流动。
[0025]本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0026](I)本实用新型制作的微流控芯片内部的微流道微是通过精密磨削的方法制作，与化学蚀刻相比流道成型精度更高更高、流道内壁面表面质量更高，更易于流体流动。
[0027](2)与光刻法相比，本实用新型采用的精密磨削方法制作精度高、工艺更简单、生产效率更高且成本更低。
[0028](3)本实用新型采用的微流控芯片的封装方法，芯片基板和盖板结合紧密，不易漏液，且不会出现像粘接封装方