声表面波实现微流体垂向输运.pdf

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1、第39卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第12期2011年12月ChineseJournalofAnalyticalChemistry18O5～18l0声表面波实现微流体垂向输运章安良尉一卿韩庆江吴增强夏兴华(宁波大学电子工程系，宁波315211)(南京大学化学化工学院，南京210093)摘要提出了声表面波实现微流体垂向输运方法，使得纸基微流器件具有前处理操作功能。在128。旋转Y切割x传播方向的LiNbO基片上光刻叉指换能器对和反射栅，纸基微流器件通过贴合于压电基片表面的PDMS置放于距压电基片上方2mm处，经

2、功率放大器放大的RF信号加到叉指换能器对上，激发的两相声表面波使得压电基片上待分析微流体垂向运动并到达纸基片实现纸基微流分析。采用不同体积红色染料溶液微流体进行了垂向输运实验。结果表明：纸基片距压电基片一定间距时，实现压电基片上待分析微流体垂向输运到其上方的纸基片决定于该微流体体积和所加的RF信号功率。采用本方法实现了纸基NO浓度检测。关键词声表面波；微流分析；叉指换能器；纸基；微流体引言微流控器件因具有试剂消耗量少、携带方便、操作简单等诸多优点，得到微流控学专家的关注，其应用也Et益广泛。早期的微流分析器件主要以硅片[4

3、]、玻璃嘲和有机聚合物等为基底材料。其制作工艺较复杂，限制了其大规模推广。近来，纸基微流分析器件的出现n使得微流分析器件存在的基片和工艺成本问题得以解决。如Bruzewicz等采用打印机将PDMS和己烷混合液打印于纸质基片上，制作纸基微通道，制作成本十分低廉。Martinez等【】01也采用打印方法研制了一种用于疾病诊断的纸基微流分析器件，并成功应用于尿液中葡萄糖和蛋白质浓度检测。文献『11，12]采用打印机分别发明了两种不同纸基微通道的制作方法，使得纸基微通道的制作不仅快速、高效，且成本低廉。这些纸基微流器件的出现，为即

4、时检验系统的实际应用创造了条件。然而，已报道的纸基片微流器件也存在有待改进之处，如它们不能实现样品前处理操作，极大地限制了其应用范围。为此，有必要解决微流体在纸基微流器件与具有微流前处理功能器件间的输运问题，才能使得纸基微流器件得到更广泛的应用。声表面波器件因工艺成熟、成本较低等优点而应用于微流分析和微流前处理操作。因而，只要解决压电基片上微流体可靠输运到纸基问题，那么，根据现有的压电基片强大的前处理操作功能，就可以使得纸基微流分析具有压电微流器件的前处理功能。本研究在前期工作的基础上[1，着重解决压电基片上微流体到纸基微

5、流器件的输运问题，使得微流分析既可利用声表面波进行样品前处理，又利用了纸基微流器件的低分析成本特点。同时，只要更换修饰有不同指示剂的纸基片，即可实现不同样品的纸基微流分析。本方法使基于纸基的微流分析具有样品前处理和检测的完整过程成为可能，提高了纸基微流器件的现实应用性。2实验部分2．1实验装置采用声表面波实现纸基微流分析的实验装置如图I所示。压电基片为128。yx—LiNbO，材料，其上经磁控溅射、光刻、刻蚀等一系列微电子工艺制作出一对又指换能器和一对反射栅，又指换能器的各叉指周期均为144um，叉指换能器的孔径为4．32

6、mm，指对数均为35，叉指铝条厚度为500nm，在基片表面的声传播路径上涂覆一薄层TeflonAF1600(Dupont，USA)。纸基微流器件通过PDMS微垫(图中未画出)贴合于压电基片上方，其制作工艺和结构如图2所示。2011—05—26收稿；201卜07-21接受本文系浙江省自然科学基金项目(No．Y1080118)，宁波市自然科学基金项目(No．2011A610108)资助E-mail：zhanganliang@nbuedu．cn分析化学第39卷j盘电基片Piezolelectricsubstrate图1声表面波实

7、现纸基微流分析的实验装置Fig．1Experimentalsetupforpaperbasedmicrofluidicanalysisusingsurfaceacousticwave(SAW)取一条形空白滤纸，在待检测NO；离子的指声表面波SAW示液中浸泡，放于IO0~C烘箱中5min，制得指示滤图2SAW纸基微流器件结构及工艺纸。在2mm高PDMS小垫块的一侧涂覆未固化的Fig．2Structureandprocessofthepaperbasedmicro-PDMS，置于压电基片上，轻轻按压，在80℃烘箱中fluidi

8、edevicewithSK烘1h。将指示滤纸放置于PDMS小垫块上。对于给定的压电基片，叉指换能器的周期决定了叉指换能器工作频率。而激发的声表面波的幅度决定于加到叉指换能器的RF信号功率，叉指对数决定了声表面波的激发效率，它们直接影响微流体垂向输运效果。2．2仪器与试剂RF信号发生器(SP1461，EP