专利名称：微流体滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物医学分析微流体元器件。
技术背景一般的生物医学分析包括样品预处理、混合反应和分离检测三个基 本步骤，将这三个分析步骤集成在一个微流体分析系统中，以代替传统的实验室工作，这就是实验室芯片(Lab-on-a-chip)或者叫微型全分析系 统(Micro Total Analytical System,卜TAS)。这种，敫 荒体分析系统由微流 体泵、微阀、微控制器、微混合反应器、毛细管电泳等微流体元器件以 及连接它们的微流体通道网路组成。生化分析是流体在微系统中连续流 动过程中完成的。生物芯片和微流体分析系统对流动的稳定性有很高的要求。在一般 的分离通道中要求流动无脉动或脉动量很小，流量的重现性好。在微流 控芯片色谱分离系统中，液流脉动要小于3%，流量精度优于1%，流量误 差小于±10%，而液流的脉动会对分析结果会造成不利的影响，因此研究 微流体分析系统中流动稳定性具有很重要的意义。目前，大多数微流体 驱动系统如压电微泵、气动微泵等提供的都是周期性的脉动流量，这些 周期性的脉动流量不能直接应用于后续的生物样品分析，见[l] P.Wang， H.K. Lee. Recent application of high performance liquid chromatography to the analysis of metal complexes [J]. Journal of Chromatography A, 1997, 789(1-2): 437 451; [2〗X.N. Jiang, Z.Y. Zhou, X.Y. Huang， Y. Li, Y. Yang, C.Y. Liu. Micro-nozzle/diffiiser flow and its application in valve-less pumps [J]. Sensors and Actuators A， 1998， 70:81~87; [3] M.A. Unger， H.P.Chou， T. Thorsen, A. Scherer， S.R. Quake. Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by Multilayer Soft Lithography [J]. Science, 2000， 288:113~116: [4] S.H. Ahn, Y.K. Kim. Fabrication and experiment of a planar micro ion drag pump [J]. Sensors and Actuators A， 1998， 70:1 5。生物溶液和化学试剂溶液的混合反应是生化分析的一个重要步骤。 在微流体分析系统中，液体流动速度很低， 一般属于低雷诺数层流流动。 如果液体混合依靠分子自身扩散来完成，效率很低。弯曲微通道对于周 期流动的液体混合有很好的效果，见[5]张保住，吴健康.弯曲微通道 周期性流动和液体混合效率分析[J].华中科技大学学报(城市科学 版)，2005， 22:20 23; [6] Johnson T. J" Ross D, Locascio L. E.， Rapid microfluidic mixing, Anal. Chem., 74: 45~51, 2002, [7] Rife J. C., Bell M. I., Kim W. J.， et al.， Miniature valveless ultrasonic pump and mixers, Sensors and Actuators ， A: physical, 86: 135~140, 2000， [8] Yang Z., Goto H.， Matsumoto M.， et al" Active micromixers for microfluidic systems using lead-zirconate (PZT)-generated ultrasonic vibration, Electrophoresis, 21:116~119， 2000， [9] Liu H. R., Stremler M. A., Sharp K. V" Olsen M. G, Santiago J. G.， Atrian R. Aref J.， H., Beebe D. J., Passive mixing in a three-dimensional serpentine microchannel, J. MEMS, 9:190 197， 2000; [10〗Bertsch A.， Heimgartner S.， Conssean P" Renand P" Static micromixers based on larger-scale industrial mixer geometry, Lab. On a Chip, 1:56~60， 2000; [11] Gobby D.， Angeli P., Gavriilidis A.， Mixing characteristics of T-type microfluidic mixers, J. Micromechanics， Microengineering， 11:126~132， 2001。但上述文献所描述的微流体装置均只有单一的液体混 合作用，不具备滤波功能。
发明内容本实用新型提供一种微流体滤波器，目的在于不仅对周期流动具有 滤波作用，同时也可以有效提高液体的混合效率。本实用新型的一种微流体滤波器，上基片和下基片之间具有矩形截 面微通道，上基片上表面对应微通道位置设置有垂直的圆筒形微滤波管， 微滤波管将微通道连通空气。所述的微流体滤波器，其特征在于所述微滤波管为1 4个。所述的微流体滤波器，其特征在于所述上基片和下基片的材料为 硅、玻璃或者硬聚合物。本实用新型在硅、玻璃或者硬聚合物基片上采用微加工中的光刻蚀 法制备微滤波通道，微通道上表面开有小孔与微滤波管连通，微滤波管 由硬聚合物材料制备，微滤波管顶部有孔通大气。使用时，本实用新型 水平放置，周期性微流量进入微流体滤波器微通道后，在垂直的微滤波 管内液体自由面波动消除周期流动中的脉动分量，使微流体滤波器微通 道出口处得到平稳无脉动流量；在滤波过程中，同时加强不同液体的混 合，从而使微流体滤波器还具有液体混合功能。本实用新型可以有效消除周期流动中的脉动分量，使出口处的流动 稳定，从而达到分析系统的特定要求，采用计算流体动力学CFD软件 FLUENT对本实用新型进行数值模拟，结果显示，通过参数优化设计，本 实用新型可以具有高效率的滤波和液体混合双重功能。
图l为本实用新型立体示意图； 图2为图1的剖面图。图中标记为进口 1、出口2、微通道3、微滤波管4、上基片5、下 基片6。
具体实施方式
本实用新型的制造过程为-1. 采用光刻蚀刻方法在硅、玻璃或硬聚合物材料的上基片或者下基 片上制备水平微通道，上基片上表面开孔将微通道连通大气；2. 上基片和下基片封合；3. 釆用环氧树脂把微滤波管对准微通道小孔，垂直粘结在水平微通 道上。本实用新型的微滤波管可以为1 4个，当只有l个微滤波管时，滤 波效率可以达到70%;当有2个微滤波管时，滤波效率可以达到90%; 有3个微滤波管时，滤波效率即可以达到100%。
权利要求1.一种微流体滤波器，上基片和下基片之间具有矩形截面微通道，上基片上表面对应微通道位置设置有垂直的圆筒形微滤波管，微滤波管将微通道连通空气。
2. 如权利要求1所述的微流体滤波器，其特征在于所述微滤波管 为1 4个。
3. 如权利要求1或2所述的微流体滤波器，其特征在于所述上基 片和下基片的材料为硅、玻璃或者硬聚合物。
专利摘要微流体滤波器，属于生物医学分析微流体元器件，目的在于不仅对周期流动具有滤波作用而且也可以提高液体的混合效率。本实用新型上基片和下基片之间具有矩形截面微通道，上基片上表面对应微通道位置设置有垂直的圆筒形微滤波管，微滤波管将微通道连通空气。本实用新型可以有效消除周期流动中的脉动分量，使出口的流动稳定，从而达到分析系统的特定要求，采用计算流体动力学CFD软件FLUENT对本实用新型进行数值模拟，结果显示，通过参数优化设计，本实用新型可以具有高效率的滤波和液体混合双重功能。
文档编号G01N1/28GK201034875SQ20072008440
公开日2008年3月12日 申请日期2007年4月28日 优先权日2007年4月28日
发明者吴健康, 汪洪丹 申请人:华中科技大学