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.     

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.     

基于双压电基片油包微液滴微反应器研究

提出了以声表面波为能量源的微反应器.它由两个128°YX-LiNbO3压电基片和弧形聚合物组成,基片A中反应物Ⅰ由其上声表面波驱动经弧形聚合物输运到基片B,并与基片B中的反应物Ⅱ混合,混合反应物在基片B中的声表面波作用下实现反应.实验结果表明,油包封反应物可减少反应物的蒸发速率;声表面波可提高化学反应速率,并随之增大而增大.     

压电基片上集成微通道数字微流体微混合器研究

微流体在压电基片上输运往往偏离声表面波传播方向,尤其是当压电基片表面疏水层不很均匀时,给微流体诸如混合等操作带来不便。在1280旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制了集成有聚二甲基硅氧烷为材料T型微通道的微混合器,压电基片上采用光刻工艺制作相互垂直叉指换能器及反射栅。待混合的两微流体采用微量进样器分别进样到声路径微通道中,依次在两叉指换能器上加RF电信号,它激发的声表面波驱动其声路径上微通道中的微流体沿微通道输运、合并,并快速混合。对2μl水-2μl蓝色染料微流体和2μl甘油-2μl蓝色染料微流体进行混合实验,结果表明,声表面波的作用可以提高微通道中微流体的混合速度,且混合程度更高。     

声表面波驱动微流体研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制了微流体驱动器件。RF信号经功率放大器放大后馈入叉指换能器,由它激发的声表面波驱动微流体。为减少由于声波辐射引起微流体温度上升,提出了间接微流体驱动方法,即通过声表面波驱动中间微粒,再由此驱动目标微流体。实验表明:声表面波驱动微流体所需的RF信号功率决定于微流体体积和粘性;采用间接方法驱动1μL50%甘油水液滴,在10V的RF信号持续5min下其温度变化仅0.5℃,而相同条件下直接驱动该液滴,其温度上升12.6℃。     

基于声表面波技术数字微流体微混合器研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微混合器.它由压电基片上叉指换能器和反射栅组成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,它激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波驱动微流体,使其与同一路径上的另一微流体合并,在反射栅反射回的声表面波共同作用下,加速微流体内分子扩散运动,提高了微流体混合效率.采用1 μL的水和1 μL红墨水以及1 μL的红墨水和1 μL甘油各自进行混合实验,结果表明:在声表面波作用下,微混合器能快速混合微流体.为片上实验室提供了廉价、易集成的微混合单元,具有潜在的应用价值.     

基于声表面波技术的数字微流体微加热器研究

设计了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微加热器。它由压电基片上两个叉指换能器构成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,其激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波,并辐射入微流体达到加温效果。停止加电信号后,微流体能量向外界辐射迅速降温。采用2μL的甘油微液滴进行升温实验,结果表明:微流体温度变化由外加电信号强度和持续时间决定,在电信号强度为19V时,微流体的温度上升速率为1.5℃/s,与理论6.2℃/s结果基本相符。     

基于压电基片微液滴间隙式驱动研究

连续的声辐射力驱动方式难以在平面内精确操控微流体,报道了单步驱动微流体及其在平面中位置确定的方法.在128°-YX LiNbO3上制作中心频率27.7 MHz叉指换能器组,经方波调制的载波信号加到叉指换能器激发间隙性声表面波,以单步驱动其声路径上的微液滴.垂直方向叉指换能器组确定微液滴平面上位置.采用水和0.1 g/mL的NaCl溶液进行间隙性驱动实验,结果表明,在载波强度达到一定幅度时,微液滴运动速度随调制信号频率增大而减少;当调制信号频率一定时,声路径上微液滴运动速度随载波幅度增大而增大.     

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.