[实用新型]一种实现驱动和定点搅拌的声表面波集成芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及微流体反应芯片技术领域，具体涉及一种实现驱动和定点搅拌的声表面波集成芯片。

背景技术

声表面波(SAW)器件因其体积小、性能优异等特点得到广泛关注与应用，包括声表面波滤波器、传感器等。近几年，在微流控研究领域，人们关注到利用声表面波器件实现微流体的驱动、搅拌、分离等有很大优势，它基于声表面波进入流体后所产生的复杂的流-固耦合响应，可以产生可控制的声波。同时基于声表面波技术的微流体器件具有结构简单、易于制造、适于批量生产、生物相容性良好，能够快速驱动流体且驱动力较大、易于芯片中集成等优势，使得声表面波微流控器件成为研究热点。

目前国内外对基于声表面波在微流控领域的研究主要集中在驱动微流体液滴的分离、移动、混合、沉淀，以及生物样品和试剂的定量输送、细胞粉碎、杂质过滤、DNA增放等。文献1(Liang Guo,Guvanasen GS,Xi Liu,Tuthill C,Nichols TR,DeWeerth SP.A PDMS-based integrated stretchable microelectrode array(isMEA)for neural and muscular surface interfacing.IEEE Trans Biomed Circuits Syst.,2013,7(1):1-10)将一对微型压电换能器集成到一个PDMS材料的微流控通道中，利用产生的体波对通道内的层流进行搅拌混合。Z文献2(Zeno Guttenberg[Guttenberg Z,Muller H,Habermuller H,Pipper J,Kielpinski M,Scriba J,Wixforth A.Planar chip device for PCR and hybridization with surface acoustic wave pump.Lab Chip,2005,5(3):308-17)利用SAW移动液滴的方法，在SAW微流控器件上完成了PCR(聚合酶链反应)。CN201610054688公开了一种基于聚焦声表面波的压电驱动微流体反应的芯片，该芯片能够大幅度地提高液体的混合效率。这些SAW驱动器利用压电材料的逆压电效应产生SAW，在不同作用力的共同作用下，或实现液滴的搅拌，或实现液滴的移动，或实现液滴的微小单元聚焦等，但是目前还没有同步实现微流体的驱动和定点搅拌功能的集成芯片，且搅拌能量浪费，不能有效集中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前缺乏同步实现微流体的驱动和定点搅拌功能的SAW集成芯片的问题，设计了一种实现驱动和定点搅拌的声表面波集成芯片，能够同时实现对液滴的驱动和定点搅拌。该芯片在液滴传播路径的一端设计有两种不同工作频率的叉指换能器，同时实现液滴的驱动和定点搅拌功能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种实现驱动和定点搅拌的声表面波集成芯片，所述声表面波集成芯片包括基底材料22和集成叉指换能器组；所述集成叉指换能器组包括两组叉指换能器，分布在基底材料22上；一组叉指换能器为瑞丽波换能器23，用于微流体的驱动；另一组叉指换能器为表面横波模式的扇形加权换能器21，用于使该换能器产生的声波能量集中在焦点区域内，从而实现微流体的定点搅拌。

作为上述装置的一种改进，所述表面横波模式的扇形加权换能器21和瑞丽波换能器23的工作频段不同。

作为上述装置的一种改进，所述基底材料22的材料为LiNbO3、LiTaO3或石英。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的实现驱动和定点搅拌的声表面波集成芯片，分别设计两组不同的换能器结构，并列分布在液滴传播路径的一端，工作在不同的频率。一组表面横波换能器采用孔径加权结构，使产生的声波能量集中在焦点区域，另一组瑞丽波换能器采用常规换能器，用于驱动液滴，从而实现同步驱动和定点搅拌，提高了液滴的混合效率，并且定点搅拌可解决传统芯片能量浪费、搅拌效率低等的问题。

附图说明

图1为现有技术的声表面波芯片结构示意图；

图2为本发明的实现驱动和定点搅拌的声表面波集成芯片的结构示意图；

图3为微流体器件工作示意图。

附图标识

11、叉指换能器 12、基底材料 21、表面横波模式的扇形加权换能器

22、基底材料 23、瑞丽波换能器 31、声表面波集成芯片

32、微流注射泵 33、沟道

具体实施方式