一种用于粘度测试的微流控芯片制造技术

本实用新型专利技术公开一种用于粘度测试的微流控芯片，包括：带微形凹槽的PDMS底板、探测电极、PVDF纳米纤维薄膜、PDMS薄膜、带微通道的PDMS盖板共五层结构。所述微流控芯片制作方法是：先通过SU8光刻胶的光刻以及脱模技术制作带微形凹槽底板和PDMS微流通道盖板，再通过掩膜版磁控溅射的方法在PDMS底板的微形凹槽两侧制作一对探测电极，再将通过静电纺丝法制作的PVDF薄膜转移到电极上。然后将底板与盖板键合，形成完整的微流控芯片。所述微流控芯片结构稳定且有利于集成，对样品的需求少、对种类无要求、测试时间短，无需供电，有利于制作微流控芯片粘度计向小型化甚至手持式应用拓展。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种一种用于粘度测试的微流控芯片，具体涉及一种基于压电发电效应的自供电粘度测试微流控芯片，属有机纳米功能材料及微流控

技术介绍
粘度是流体基于流体的动力学行为的非常重要的一个物理参数。在许多的实际应用中，对流体粘度的测量是一项必不可少的工作。比如，在凝血测试的过程中对血浆粘度的测量就是非常重要的一项工作，同样，基于蛋白质抗体以及一些大分子溶液的药物中，粘度也是该类药物一项非常重要的指标。另外，当今社会发病率较高的一些心血管疾病，很多情况都是因为血液中一些大分子有机物的浓度过高导致血液粘度的变化而引起的。现阶段已经商业化的一些粘度测试的仪器，其原理主要是基于各种不同的传感机理，比如说基于锥板、落球、旋球、振动以及毛细效应的一些粘度测试的设备。然而这些比较传统的粘度测试方法所需样品的量比较大且整个测试过程花费的时间相对较长。而一些比较精确的粘度测试设备一般体型较大，测试分析的过程较复杂。现阶段，对微量样品粘度的测试方法的研究也比较多。例如：Nguyen等人设计了一种基于压阻悬臂梁结构的微机电系统来测试微量液体的粘度（“Viscosity measurement based on the tapping-induced free vibration of sessile droplets using MEMS-based piezoresistive cantilevers”，《Lab on a chip 》，15： 3670-6（2015）），然而这种装置的微加工过程比较复杂且数据分析过程也比较复杂，另外测试过程中对周围环境也会有一定的要求。Asaf 等人设计了一种基于毛细管效应的粘度测试仪器（“Capillary viscometer for fully automated measurement of the concentration and shear dependence of the viscosity of macromolecular solutions”，《Analytical Chemistry》，84(24)：10732-6（2012））。而这种方法一般需要辅助一些外加的设备进行辅助测试分析。微流控技术又称芯片实验室。利用该技术可将生物化学领域中所涉及的样品制备、反应、分离和检测等基本操作集成在几平方厘米甚至更小的芯片上。本申请专利技术人之先提出了一种《具有自供电功能的微流控芯片及其制作方法》（201510304240.5），是利用压电一维纳米材料可采集环境中微小机械能并将其转换为电能，并将该电势能输出供给敏感单元，从而组建带自供电功能的微流控芯片方法。所述微流控芯片分为四层，自下至上的各层分别为：石英玻璃基片、探测电极、KNN纳米纤维、带PDMS微通道的PDMS盖板。该微流控芯片制作方法是：先在基片上通过光刻、溅射以及剥离工艺制作探测电极，再采用静电纺丝法在探测电极上大面积制备铌酸钾钠纳米纤维，然后将PDMS微通道与基片键合。然而采用该四层结构的微流控芯片，并不能用于带一定粘度的液体测试，主要原因是：⑴在材料上，《具有自供电功能的微流控芯片及其制作方法》（201510304240.5）是采用KNN作为压电材料，该材料的刚性以及脆性较大且材料下方硬质的基片也会影响材料的形变，从而流体微小的的机械能对该材料产生的形变量有限，输出电压较小（仅为mV级），很难用于粘度的测试。⑵在结构上，《具有自供电功能的微流控芯片及其制作方法》（201510304240.5）的压电材料直接暴露在微通道中，微通道中的流体会直接与压电材料接触，当流体中有带电粒子存在时会对压电材料产生一种屏蔽作用，严重影响到提高压电材料的电压输出幅值，且这样也不利于该器件的稳定性和长期的应用。有鉴于此，《具有自供电功能的微流控芯片及其制作方法》（201510304240.5）所公开的微流控芯片尚不能应用于粘度测试。综上所述，一种可用于粘度测试的具有自供电功能的微流控芯片的设想及实践，未见于已公开的文献或专利技术中。
技术实现思路
本技术的目的是针对
技术介绍
提出的问题，提供一种用于粘度测试的微流控芯片，是基于压电发电效应的在微流控芯片中进行粘度测试的微流控芯片。所述微流控芯片分为五层，自下而上各层依次是：带微形凹槽的PDMS底板、PDMS底板上微形凹槽两侧的一对电极、电极上方的一层PVDF纳米纤维薄膜、PVDF纳米纤维薄膜上的一层面积较大的PDMS薄膜、最上一层带微通道的PDMS盖板。所述微流控芯片制作方法是：先通过SU8光刻胶的光刻以及脱模技术制作带有微形凹槽和微通道的PDMS底板和盖板，再通过掩膜版磁控溅射的方法在PDMS底板的微形凹槽两侧制作一对探测电极，并将通过静电纺丝法制作的PVDF薄膜转移到电极上。盖板下方是一层通过匀胶并超声下来，再通过键合工艺与盖板键合在一起的PDMS薄膜，之后将盖板与底板键合在一起，形成完整的器件。通过在微流控芯片中采集不同粘度液体的机械能并转换为压电材料的电压输出，对输出电压进行测量分析，实现无需供电的粘度测试。通过该方法进行粘度测试进对样品需求量较少、对样品的种类没有要求、测试时间短，结构稳定，有利于微流控芯片的集成，有利于制作微流控芯片粘度计向小型化甚至手持式应用拓展。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案：一种用于粘度测试的微流控芯片，包括自下而上依层次分布的：PDMS底板、探测电极、纳米纤维薄膜、PDMS盖板；所述探测电极是在所述PDMS底板上通过公知的光刻、溅射及剥离工艺制作的一对导电电极；所述PDMS盖板下表面加工有包括干流通道和支流通道的PDMS微流通道，支流通道宽度小于干流通道宽度；干流通道部分相应的位于纳米纤维薄膜之上；其特征在于：所述纳米纤维薄膜是PVDF纳米纤维薄膜；所述纳米纤维薄膜与PDMS盖板之间，还有一层PDMS薄膜；所述PDMS薄膜面积大于所述PVDF纳米纤维薄膜面积；所述PDMS盖板通过十字对准标志，按顺序将PDMS微流通道、PDMS薄膜和PVDF纳米纤维薄膜压紧并键合在PDMS底板的探测电极上；所述PDMS底板上，位于一对导电电极之间的下部，开有一个微型凹槽；所述干流通道的宽度设定为：位于PDMS底板的微型通孔正上方部分通道宽度，小于其它位置通道宽度。本技术有益效果是：⑴采用压电系数以及柔性都非常好的PVDF压电纳米纤维作为纳米纤维薄膜压电材料，该材料能够承受超大幅度的应变且制备过程非常简单、转移利用的可操作性很强。⑵在PDMS盖板与PVDF纳米纤维薄膜压电材料之间增加一层非常薄的PDMS薄膜，该薄膜将流体与压电材料隔开，不仅可以避免流体中的带电粒子对压电材料的屏蔽作用降低电压输出，还能防止流体的长期冲击对压电材料的损坏而降低器件的使用寿命。⑶在PDMS底板上，位于一对导电电极之间的下部加工的微型通孔，有利于微流体驱动压电材料形变，可提高形变量以提高压电材料的电压输出。⑷位于盖板下表面的干流通道中，电极探测部分对应部分通道的宽度尺寸相对于其他部分要窄，流体在通过该段微通道时流速会增加，流体下方压电材料所受到的应力也会增加，因此探测电极两端电压输出相应的增加。如上所述一种用于粘度测试的微流控芯片制作方法包括如下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于粘度测试的微流控芯片，包括自下而上依层次分布的：PDMS底板、探测电极、纳米纤维薄膜、PDMS盖板；所述探测电极是在所述PDMS底板上通过公知的光刻、溅射及剥离工艺制作的一对导电电极；所述PDMS盖板下表面加工有包括干流通道和支流通道的PDMS微流通道，支流通道宽度小于干流通道宽度；干流通道部分相应的位于纳米纤维薄膜之上；其特征在于：所述纳米纤维薄膜是PVDF纳米纤维薄膜；所述纳米纤维薄膜与PDMS盖板之间，还有一层PDMS薄膜；所述PDMS薄膜面积大于所述PVDF纳米纤维薄膜面积；所述PDMS盖板通过十字对准标志，按顺序将PDMS微流通道、PDMS薄膜和PVDF纳米纤维薄膜压紧并键合在PDMS底板的探测电极上；所述PDMS底板上，位于一对导电电极之间的下部，开有一个微型凹槽；所述干流通道的宽度设定为：位于PDMS底板的微型凹槽正上方部分的通道宽度，小于其它位置通道宽度。

【技术特征摘要】
1.一种用于粘度测试的微流控芯片，包括自下而上依层次分布的：PDMS底板、探测电极、纳米纤维薄膜、PDMS盖板；所述探测电极是在所述PDMS底板上通过公知的光刻、溅射及剥离工艺制作的一对导电电极；所述PDMS盖板下表面加工有包括干流通道和支流通道的PDMS微流通道，支流通道宽度小于干流通道宽度；干流通道部分相应的位于纳米纤维薄膜之上；其特征在于：所述纳米纤维薄膜是PVDF纳米纤维薄膜；所述纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾豪爽，潘绪敏，王钊，胡永明，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42