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大型皮带输送机
压电基片上微流分析器件研究
来源:admin 时间:2020-10-18

  摘要:该文提出了一种新的、低本钱微流器件创制手法。采用138 ℃熔点、直径Ø 500 μm的低熔点焊锡丝构修微流器件图案,放入盛有聚二甲基硅氧烷(PDMS)的小槽中,正在80 ℃恒温箱内固化,接着正在200 ℃恒温箱内采用打针管气压挤出熔融焊锡丝,一次成型微通道。将微流器件和测试纸基片集成于128° YX – LiNbO3压电基片上,正在声外貌波能量辐射辅助效力下,微流器件输运的响应液可正在测试纸基片上完毕生化响应。采用所研制的压电微流器件完毕了红墨水溶液输运及淀粉显色响应,验证了微流阐发器件的效用。

  微流阐发器件可能完毕向例实践室所实现的生化阐发效用,它将向例实践室所用到的实践单位集成正在微细基片上。与向例实践室的生化阐发比拟,微流阐发器件长进行的生化阐发有较众甜头,如:较小的生化试剂消费量,较小的阐发韶华,微流阐发器件体积小及较小的人工引入差错等。于是,微流阐发器件惹起了邦外里专家的珍惜,并取得急迅进展。每年都有大批的微流阐发器件干系文献报道,一经浸透到浩繁学科,正在毒品检测、食品安乐、DNA阐发、单细胞阐发、境遇监测、医疗即时诊断等范围取得普遍使用。

  微流阐发器件所用的质料与微流阐发器件的进展密切干系,从较早显露的硅、玻璃等为基片质料,进展到聚二甲基硅氧烷(PDMS)等有机凑集物质料,纸基片质料和塑料质料等。PDMS具有好的光学、刻板特质,易成型且有较好的生物相容性等甜头,被普遍用于创制微流阐发器件的质料。

  创制PDMS微流阐发器件的向例手法闭键有软光刻和模铸法,大家必要采用微机电体例(MEMS)技能完毕微流操作单位的创制;并采用等离子体键合仪举办密封键合,这必要高贵的仪器配置,对付平凡实践室商讨有必定的部分性,于是必要商讨一种工艺纯粹、无需高贵配置的PDMS微流阐发器件创制手法。本文提出了一种纯粹、低本钱、一次成型的PDMS微流阐发器件的创制手法,无需MEMS配置和键合工艺措施,合用于平凡实践室创制微流阐发器件举办微流阐发商讨。因为声外貌波(SAW)有较好的操控微流才智,于是,SAW已普遍使用于微流阐发举办各式微流操作。为此,本文寻觅正在压电基片上集成微流阐发器件,操纵SAW能量辐射惹起的响应液温度上升来完毕微流生化响应,满意有必定温度央求的微流阐发,拓展了其使用场所。

  饱舞SAW的叉指换能器(IDT)采用集成电道工艺创制,对其施加合意频率(IDT声同步频率)的电信号时,IDT饱舞SAW,当碰到压电基片上微流体时,SAW向微流体辐射能量,普及微流体温度。因为SAW辐射微流体的温度特质已有报道,故本文对其不再反复实践。

  为了消浸微流阐发器件的创制本钱,提出的工艺纯粹、本钱低、无需键合的压电基片上微流器件创制工艺如图1所示。

  图1中,采用直径为Ø 500 μm,熔点为138 ℃的低熔点焊锡丝构修微流图案(睹图1(a))。斟酌到焊锡丝易成型,有合意的硬度,且能下浸于未固化的PDMS中,于是,本文选用低熔点焊锡丝行为微通道的图案。正在小槽中倒入PDMS单体和固化剂搀和物,并散尽气泡,正在小槽底部就寝2个PDMS垫块(睹图1(b)),将焊锡丝图案放于小槽中(睹图1(c)),并正在80 ℃恒温箱内固化1 h,取出,如图1(d)所示。切去部门出口,并正在入口采用PDMS密封毗连软管(睹图1(e)),软管的长度能确保从恒温箱内连到恒温箱外部。调动恒温箱温度到200 ℃,微小翻开恒温箱的门,将软管一端移出恒温箱,并毗连到打针管,屡次推挤打针管,将熔融焊锡丝挤出,造成微通道(睹图1(f))。将空缺滤纸(睹图1(g))放入响应液中2~3 s后拿出,自然晾干(睹图1(h)),再与PDMS微流器件一齐贴合于128° YX – LiNbO3压电基片上。该压电基片上采用微电子工艺创制孔径为Ø 4.32 mm的IDT,其指对数为35,周期为144 μm,所创制IDT的中央频率为27.5 MHz,实现压电基片上的微流器件集成(睹图1(i))。试剂从微流畅道输入到滤纸上必要必定温度的滤纸响应液,采用IDT饱舞的SAW辐射加热,完毕微流阐发。

  图2中,信号爆发器(SP1461)用于出现IDT声同步频率的正弦波信号,并由功率放大器(TSA002A)放大,放大后的信号加载到IDT。试剂和响应液通过进样器进样,微流操作由带高聪慧度电荷耦合器(DCE - 2)的显微镜举办侦察,侦察结果蓄积于与共相毗连的计较机中。MDVNT软件用于摄像职掌和图像照料。

  为验证所创制的微流器件效用,先对微流器件举办微流体输运实践。采用红墨水溶液行为实践对象,采用进样器1正在微流器件输入口进样红墨水溶液,侦察红墨水溶液正在微流器件中的输运。图3为红墨水溶液正在所创制的微流器件中输运的视频截图。

  图3(a)为微通道入口未注入红墨水溶液形态。图3(b)为采用进样器1将红墨水进样到微通道入口。图3(c)~(e)为红墨水溶液进一步正在微通道内输运。图3(f)为红墨水溶液经微通道输运到输出口形态。由图3可知,正在所研制的微流器件上可能完毕微流输运,验证了微流器件的效用。

  将微流器件贴合于压电基片,可能充满阐述SAW的微流特质。本文采用SAW效力于微流,辐射能量,出现热效应,普及微流响应温度。将空缺滤纸正在质料分数为0.8%淀粉溶液中浸泡2~3 s后移出,常温下自然晾干,并贴合正在IDT旁。所创制的PDMS微流器件贴合于滤纸侧面。将0.2 mol/L过二硫酸铵溶液和0.2 mol/L碘化钾溶液不同通过进样器1、2进样到微流器件入口,并正在微通道内搀和,经微通道出口抵达滤纸,与淀粉爆发显色响应。同时,正在IDT上施加功率27.8 dBm的电信号,饱舞SAW,辐射的SAW能量普及了显色响应液的温度。图4为0.2 mol/L过二硫酸铵溶液和0.2 mol/L碘化钾溶液正在微通道内输运,并正在滤纸上爆发显色响应的视频截图。

  图4 碘化钾溶液和过二硫酸铵溶液正在微通道内输运,并正在滤纸上爆发显色响应的视频截图

  图4(a)为响应液未抵达微通道入口形态。图4(b)~(d)为0.2 mol/L的碘化钾溶液输入微通道入口视频截图,0.2 mol/L的过二硫酸铵溶液由进样器2通过另一入口进样输入;两溶液进样到微通道后,正在微通道内输运、搀和,抵达出口,并与滤纸中淀粉举办显色响应。图4(e)为滤纸浸入淀粉溶液,移出并晾干后的形态。图4(f)为碘化钾溶液和过二硫酸铵溶液的搀和液经微通道输运及搀和后抵达输出口的形态(为了便于输出到滤纸基片,微通道出口举办了部门切除)。图4(g)为搀和液进一步增加,正在必定体积(1.5 μL)时,搀和液输送到滤纸基片上(睹图4(h)),并与滤纸基片上淀粉爆发显色响应(睹图4(i))。由图4可知,压电基片上可能集成微流器件,实现微流体输运、搀和操作,并正在SAW效力下,为滤纸基片上响应液供给合意的温度。

  为进一步阐发侦察滤纸基片上淀粉显色响应水准,对滤纸基片上显色响应前后的图4(e)、(i)举办灰度计较,图5为其灰度图。

  本文提出了一种新的微流器件创制手法,具体刻画了其创制工艺历程,并正在压电基片上集成滤纸基片,响应液通过微流器件举办输运、搀和,抵达滤纸基片,完毕淀粉显色响应。所提出的微流器件创制手法的闭键甜头是创制工艺纯粹,本钱低,无需高贵的MEMS技能和微流器件的等离子体键合配置,为平凡实践室创制微流器件举办微流阐发制造了条款。采用所研制的微流器件完毕了红墨水溶液输运,并正在声外貌波能量辐射下,完毕了滤纸上淀粉显色响应。由本文事业可得如下结论:

  2)研制的微流器件可能集成于压电基片上,并可借助声外貌波的能量辐射效力,为微流阐发供给响应温度条款。

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