[发明专利]一种提高微量液体电化学反应效能的声表面波微反应系统

说明书

一种提高微量液体电化学反应效能的声表面波微反应系统，包括圆形基底、弧形叉指换能器、三电极系统、隔膜、液体反应池和温控结构，其中叉指换能器、三电极系统蒸镀在圆形基底上；隔膜溅射于圆形基底下方；温控结构中测温电阻溅射在隔膜上，薄膜热电材料附着在液体反应池壁处；液体反应池键合于圆形基底上方。本发明利用声表面波促进反应进程，以聚焦型弧线叉指换能器为核心，结合电化学反应中的三电极系统，能够完成多种生物化学微反应，实现液体反应、信号输出、检测整体过程。温控结构可以实时监测并调整反应液温度，保证反应在适宜的温度下进行。该发明系统集成度高、便携、样本需求少，温度控制有效准确，能够促进多种生物化学反应。

技术领域

本发明属于应用微纳制造技术领域，涉及生物化学试样的检测器件，尤其是一种适用于声表面波促进微量液体电化学反应效能的微流控器件。

背景技术

应用微纳制造技术，将化学试样的混合、反应、检测等功能集成在微小的体积内，可以实现生化检测系统的微型化和低成本化，可进行葡萄糖、重金属离子、农药等多种物质浓度检测。采用微纳制造技术形成的微流控系统易与检测电路集成化制造，实现分析仪器的自动化、微型化。

电化学分析是根据溶液中物质的电化学性质及其变化规律建立在电导、电流、电压计量基础上的，仪器装置简单，小型，易于自动化和连续分析，电化学检测的主要缺点是存在离子干扰，微量检测试剂反应扩散不灵敏，检测限高。目前为了提高检测精度，多采用修饰电极的方式，增强液体扩散，但由于修饰电极过程实验复杂且重复率低，无法实现微量、高效、便捷检测设备的集成。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适用于微量液体混合、反应的电化学检测微流控器件，该器件是一种能够提高微量液体电化学反应效能的微反应器，可以实现反应液体的充分混合，反应过程的精准操控和反应信号的及时输出，增强电化学反应中电信号的获得，该器件具有集成度高、易便携、效率高、可温控的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种提高微量液体电化学反应效能的声表面波微反应系统，包括圆形基底、聚焦型叉指换能器、三电极系统、隔膜液体反应池以及由测温电阻和薄膜热电材料组成的温控结构，其中弧形叉指换能器、三电极系统蒸镀在圆形基底上方；隔膜溅射于圆形基底下方；通过氧等离子体表面处理将圆环形液体反应池与圆形基底键合，液体反应池位于圆形基底上方；温控结构中测温电阻溅射在隔膜上，薄膜热电材料附着在液体反应池壁处。

所述圆形基底材质为压电材料铌酸锂晶体。

所述聚焦型叉指换能器由一对弧形叉指和弧形反射栅组成，弧形叉指的圆心角度、孔径距离、上下交错距离、中心频率随着不同反应物的反应需求进行调整，弧形叉指以圆环形液体反应池圆心位置对称排布，叉指的外围布有弧形反射栅。

所述的三电极系统由工作电极、对电极、参比电极构成，三电极系统蒸镀在圆形基底上，在中间电极涂覆氯化银形成参比电极。

所述液体反应池为圆环形，使用刀具模型切割添加固化剂的PDMS而成，位于键合于叉指换能器中心位置处。

所述隔膜为二氧化硅薄膜。

所述温控结构由测温电阻和薄膜热电材料组成，测温电阻溅射在隔膜上，位于液体反应池的正下方，薄膜热电材料附着在液体反应池池壁处。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：反应时，将反应液滴于液体池处，对弧形叉指换能器施加相应频率的交变电压，弧形叉指换能器产生的声表面波能量聚焦，同时上下交错的叉指换能器施加给液体池内反应液体相互作用的力，使液体迅速旋转混合，有效促进了微量液体反应进程。集成的三电极系统将化学反应过程中的电信号传输到电化学工作站处，无需外接电极系统。测温电阻和薄膜热电材料组成的温控系统可以保证反应液维持适宜的反应温度。