具有液体混合功能的双层内嵌COC微流控芯片

具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片
技术领域
1.本实用新型属于液体样品的太赫兹时域光谱测量技术领域，具体涉及一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片。


背景技术：

2.太赫兹波(thz)通常是指频率在0.1-10thz范围内的电磁波(波长为3000μm-30μm)，太赫兹波位于电磁波谱中的特殊位置，即红外波段和微波之间，是从宏观电子学到微观电子学的重要过渡区域。在20世纪就有很多人对太赫兹产生了浓厚的兴趣，由于当时的技术原因，导致太赫兹波段的研究长期处于空白区。然而近些年间，随着超快光学、电子学和半导体学等技术的发展，促进了的太赫兹波产生和探测技术的成熟。使太赫兹成像和太赫兹光谱技术在物理、化学、生物、成像和安全检测等诸多领域发光发热。
3.在测量液体中的生物样本时，水会对太赫兹产生很大的吸收。水分子是极性很强的分子，很容易形成氢键，氢键是水对太赫兹有吸收的主要原因。研究发现电场、磁场、激光和温度等因素均会对水中氢键产生影响，因此很多科研小组开始将太赫兹光谱技术和微流控技术相结合来以减少氢键对太赫兹的影响，用于对液体样品的探测。
4.2013年，lei liu等人将透射太赫兹频域光谱(thz-fds)与石英基微导子系统集成，检测了在0.570thz-0.630thz下异丙醇-水混合物的透射性能。2015年，韩雪等人以石英片为基底，利用光刻技术在石英片上制作50μm厚的微流通道，使用pdms作为盖膜与石英片键合后打孔制成新型微流控芯片测试了0.2thz-1thz频段内水的吸收特性。2017年，mengwan liu 等人制作了利用su-8光刻胶的超厚微流控芯片测试了0.1thz-1.5thz水的吸收系数。
5.低温生长砷化镓(lt-gaas)在800nm激发下广泛应用于太赫兹的产生和检测，目前越来越多的研究表明，低温砷化镓可以在1550nm激发下产生和探测太赫兹。2018年，yi pan等人使用1550nm的薄膜lt-gaas光电导天线进行太赫兹探测，实现了70db动态范围和4thz的带宽。但是目前很少有研究将微流控芯片与光电导天线集成。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片，其密封性高，制作工艺简便，质量稳定，降低了成本。
7.一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片，包括固定连接在一起的方形盖片(1) 和基片(2)；所述盖片(1)和基片(2)的中部位置均挖空一个方形区域；盖片(1)挖空的区域采用厚度一致的第一coc片(3)镶嵌；基(2)的上表面的挖空区域的一边开有联通至挖空区域的凹槽，作为混合通道(11)，在另一边也开有联通至挖空区域的凹槽，作为出液通道(12)(14)，基片(2)的侧边还开有联通出液通道(12)的通孔，作为出液口(15)；
8.基片(2)上的挖空区域镶嵌第二coc片(4)，第二coc片(4)的上表面与基片(2)上表面平齐，下表面低于基片(2)的下表面；
9.基片(2)的下表面与盖片(1)贴合在一起，第一coc片(3)和第二coc(4)的中心对准，两者之间形成的缝隙，作为待测液体的探测区(9)。
10.进一步的，混合区通道(11)中加工有两组不同长度的条形凸起，凸起沿液体流通方向，并互相平行，两组中凸起互相错开。
11.进一步的，第一coc片(3)的外表面中部贴有lt-gaas外延片偶极天线(5)；第二coc (4)的外表面中部贴有lt-gaas薄膜偶极天(6)。
12.较佳的，混合通道(11)和出液通(12)均为l形，进液口(14)和出液口(15)均在基片(2)的同一侧。
13.较佳的，所述探测区(9)厚度由第二coc片(4)的厚度来调节。
14.进一步的，盖片(1)表面设有铜片作为lt-gaas外延片偶极天线(5)的电极；基片(2) 表面设有铜片作为lt-gaas薄膜偶极天线(6)的电极。
15.较佳的，所述盖片(1)和基片(2)的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
16.较佳的，探测区(9)的深度为200μm，长度为10mm，宽度为10mm；盖片(1)、基片(2) 的长度都为30mm，宽度都为30mm；盖片(1)厚度为2mm，基片(2)的厚度为2.2mm；两片方形coc片的长度为10mm，宽度为10mm，厚度都为2mm。
17.较佳的，lt-gaas外延片偶极天线(5)和lt-gaas薄膜偶极天线(6)的长度为10mm，宽度为4mm。
18.较佳的，进液口(14)和出液口(15)的直径都为1mm；方形进液通道(10)和方形出液通道(13)的长度为3mm，宽度为2mm，深度为1mm；混合区域通道(11)的长度为14.5mm，窄边宽度为3mm，宽边宽度为5.5mm，深度为0.5mm；l型出液通道(12)的长度为14.5mm，窄边宽度为3mm，宽边宽度为5.5mm，深度为0.5mm。
19.本实用新型具有如下有益效果：
20.本实用新型公开了一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片，由基片和盖片自上而下密封键合在一起，其中上层是盖片，盖片由中心方形部分的coc和其上表面的lt-gaas 外延片偶极天线组成，下层是基片，基片由中心方形部分的coc和其下表面的lt-gaas薄膜偶极天线组成，通过控制中间coc到基片上表面的距离来控制微流通道层厚度；两种待测液体样本经基片侧边两个进液口和基片上表面的进液通道进入，经混合区域充分反应后进入由 coc构成的探测区，激光光束垂直入射lt-gaas外延片偶极天线中心狭缝处产生太赫兹，太赫兹波穿透微流控芯片入射到lt-gaas薄膜偶极天线进行探测，最后通过基片上表面的出液通道和基片侧边出液口流出，该微流控芯片制造方法简单方便，通过内嵌coc材料的方式，节省了昂贵的coc的材料，降低了成本；并且可以通过控制内嵌coc到基片上表面的距离来控制微流通道层的深度，同时进液通道、出液通道和探测区尺寸较小，可以节省待测液体样品的使用量；基片和盖片采用亚克力胶进行粘合，密封性很好；将待反应液体溶液分别从两个进液口注入芯片，使其在芯片中混合和反应，再对反应溶液进行分析，具有高集成化和自动化的特点。
附图说明
21.图1为本实用新型一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片中盖片的上表面示意图。
22.图2为本实用新型一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片中基片的侧表面示意图。
23.图3为本实用新型一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片中盖片和基片键合后的示意图。
24.图4为本实用新型一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片中基片下表面 lt-gaas薄膜偶极天线(镀金前)结构的示意图。
25.1-盖片，2-基片，3-第一coc片，4-第二coc片，5-lt-gaas外延片偶极天线，6-lt-gaas 薄膜偶极天线，7、8-铜片，9-探测区，10-进液通道，11-混合区域通道，12-出液通道，13
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出液通道，14-进液口，15-出液口。
具体实施方式
26.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
27.本实用新型的目的是提供一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片，其密封性高，制作工艺简便，质量稳定；通过内嵌coc材料的方法，节省了昂贵的coc的材料，降低了成本；并且可以通过控制内嵌coc到基片2上表面的距离来控制微流通道层的深度；将待反应溶液直接注入进液口，经反应后再进行测量，具有高集成化和自动化的特点。
28.一种具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片，包括固定连接在一起的方形盖片1 和基片2；所述盖片1和基片2的中部位置均挖空一个方形区域；盖片1挖空的区域采用厚度一致的第一coc片3镶嵌；基片2的上表面的挖空区域的一边开有联通至挖空区域的凹槽，作为混合通道11，在另一边也开有联通至挖空区域的凹槽，作为出液通道12；基片2的侧边开有两个联通混合通道11的并列的通孔，作为两个不同液体的进液口14，基片2的侧边还开有联通出液通道12的通孔，作为出液口15。
29.本实施例中，混合通道11和出液通道12均为l形，进液口14和出液口15均在基片2 的同一侧，方便操作。为了提高两种液体的混合均匀性，混合区通道11中加工有两组不同长度的条形凸起，凸起互相平行，液体经过凸起之间缝隙通过，可以提高混合度。
30.基片2上的挖空区域镶嵌第二coc片4，第二coc片4的上表面与基片2上表面平齐，下表面低于基片2的下表面。
31.基片2的下表面与盖片1贴合在一起，第一coc片3和第二coc片4的中心对准，两者之间形成的缝隙，作为待测液体的探测区9。探测区9厚度由第二coc片4的厚度来调节。混合区通道11、探测区9和出液通道12构成芯片的微流道。
32.第一coc片3的外表面中部贴有lt-gaas外延片偶极天线(5)，盖片(1)表面设有铜片 7作为lt-gaas外延片偶极天线(5)的电极。第二coc片4的外表面中部贴有lt-gaas薄膜偶极天线6，基片(2)表面设有铜片8作为lt-gaas薄膜偶极天线6的电极。
33.所述盖片(1)和基片(2)的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethymethacrylate，pmma，俗称有机玻璃)。探测区(9)的深度为200μm，长度为10mm，宽度为10mm。
34.盖片(1)、基片(2)的长度都为30mm，宽度都为30mm；盖片(1)厚度为2mm，基片(2) 的厚度为2.2mm。两片方形coc片的长度为10mm，宽度为10mm，厚度都为2mm。
35.lt-gaas外延片偶极天线(5)和lt-gaas薄膜偶极天线(6)的长度为10mm，宽度为4mm。
36.铜片7,8的长度为4mm，宽度为4mm，厚度为0.5mm。
37.进液口(14)和出液口(15)的直径都为1mm。
38.方形进液通道(10)和方形出液通道(13)的长度为3mm，宽度为2mm，深度为1mm。
39.混合区域通道(11)的长度为14.5mm，窄边宽度为3mm，宽边宽度为5.5mm，深度为0.5mm。
40.l型出液通道(12)的长度为14.5mm，窄边宽度为3mm，宽边宽度为5.5mm，深度为0.5mm。
41.本实用新型具有液体混合功能的双层内嵌coc微流控芯片，包括如下步骤：
42.步骤1：通过ai软件设计盖片(1)和基片(2)的形状大小以及基片(2)中液体通道的形状大小，设计完后导入激光雕刻机专用软件rdworksv8中，进行激光切割和激光扫描的选择以及速度和功率的设置，设置完成后保存为脱机文件，可以导入1390co2激光雕刻机中，再取厚度为2mm和2.2mm的pmma材料片进行激光雕刻，可以制作得到带有挖空区域的盖片(1) 和基片(2)。
43.再取厚度2mm的coc材料，进行打磨，得到两块10mm
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10mm的coc片3,4。
44.步骤2：采用水浴加热的方法，设置温度为73℃，利用13.57％的hcl溶液来高效的获取 lt-gaas薄膜；将lt-gaas薄膜转移到干净的硅片上，用直径200μm的铜丝分别捆绑外延片和带lt-gaas薄膜的硅片，其中铜丝要捆绑在lt-gaas薄膜上，将捆绑好的片放入2hd-400 高真空蒸发镀膜机(北京泰科诺科技有限公司)中，分别蒸镀高纯度的20nm铬和250nm金，分别制成lt-gaas外延片偶极天线(5)和lt-gaas薄膜偶极天线(6)。
45.步骤3：在基片(2)的下表面用1390co2激光雕刻机，雕刻出挖空区域、混合区域通道 (11)和l型出液通道(12)，再利用1mm铣刀将基片(2)侧表面铣穿，衔接至方形液体通道，分别作为进液口(14)和出液口(15)。
46.步骤4：取2mm的方形coc，沿着侧边涂抹502胶，在光滑平整的铁质桌面上，将其完整的内嵌至盖片(1)的挖空区域中，保证第一coc(3)与盖片(1)上下表面平齐，使用502 胶将lt-gaas外延片偶极天线(5)粘在盖片中coc(3)的外表面，lt-gaas外延片偶极天线(5)的缝朝上，将两个大小一致的铜片使用uv胶粘贴在盖片(1)上表面，位于lt-gaas外延片偶极天线(5)两侧，lt-gaas外延片偶极天线(5)与铜片间用导电胶带和导电银胶粘合连接；在光滑平整的铁质桌面上，将2mm方形coc片内嵌至基片(2)的挖空区域中，保证第二coc片(4)的上表面与基片2上表面平齐，再利用502胶将coc与基片(2)粘合在一起，第二coc片(4)与基片(2)下表面相差的厚度就是探测区的深度，使用502胶将lt-gaas 薄膜偶极天线(6)粘在第二coc片(4)的上表面，lt-gaas薄膜偶极天线(6)的缝朝下，将两个和上表面铜片大小一致的铜片使用uv胶粘贴在基片(2)下表面的对应位置，lt-gaas 薄膜偶极天线(6)与铜片间用导电胶带和导电银胶粘合连接。
47.步骤5：将上述完成好的盖片(1)和基片(2)使用亚克力胶对其进行键合。
48.本实用新型的芯片的使用过程为：
49.将两种可反应的溶液样品分别注入两个进液口，两种溶液经方形进液通道和混合区域通道，在混合区域通道的微结构作用下，两种溶液充分反应，生成目标样品溶液到达探测区。基片上lt-gaas外延片偶极天线在激光的辐射和偏置电场的作用下，产生太赫兹，经
探测区照射到基片上lt-gaas薄膜偶极天线，产生差分电流，经锁相放大器放大后可获取太赫兹信号，从而探究目标样品溶液的特性。
50.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。