[发明专利]一种耦合共振型声表面波微流控芯片及其制作方法

说明书

本发明公开了一种耦合共振型声表面波微流控芯片及其制作方法，属于微流控芯片技术领域。本发明的芯片包括压电基底、叉指换能器和腔体顶盖，压电基底与腔体顶盖之间设有侧壁，压电基底、腔体顶盖和侧壁围合形成流体腔道。本发明的方法为：根据压电基底选取腔体顶盖的材料，再根据工作频率确定腔体顶盖的厚度并制作腔体顶盖；根据压电基底和流体腔道内的流体计算流体腔道的横截面宽度和横截面高度，并根据流体腔道内的流体和压电基底选取侧壁的材料并制作侧壁；再根据压电基底、腔体顶盖和侧壁制作得到芯片。本发明的目的在于克服在现有技术中，声表面波微流控器件能量较低的不足，本发明可以提高声表面波微流控芯片的能量效率。

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，更具体地说，涉及一种耦合共振型声表面波微流控芯片及其制作方法。

背景技术

声表面波是一种沿固体表面传播的声波，其能量主要集中在距表面1-2个波长范围内，位移振幅在深度方向迅速衰减。声表面波器件利用压电材料表面的叉指换能器，将射频信号转化为声表面波，可用作滤波器、振荡器和传感器，在医学、军事、工业、通信等领域有许多应用。近年来，声表面波技术被广泛应用于制作声学微流控芯片，可实现粒子排布、细胞分选、生物组织打印等功能。

通常情况下，声表面波微流控器件用生物亲和性好的有机高分子材料制作微流腔。但有机高分子材料的声阻抗与微流腔内流体的声阻抗非常接近，且有机高分子材料的声衰减较大，这种器件微流腔内液体中的声能量较小，即能量转化至流体腔内的效率较低。而实现快速的粒子排布或细胞筛选等微流控应用都需要在腔道内的液体中形成能量密度较大的声场，这就要求在叉指换能器上施加较大功率的射频信号。但增加射频信号的功率会导致压电基底发热现象严重，损伤微流腔内的微粒或细胞，甚至过热致使压电基底碎裂。因此，设计一种在低功率输入下即可获得较大腔内声能量密度的声表面波微流控器件具有很大的意义。

综上所述，如何在较低功率输入下提高腔内声能量密度，是现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服在现有技术中，声表面波微流控器件能量效率较低的不足，提供了一种耦合共振型声表面波微流控芯片及其制作方法，可以在较低功率输入情况下在声腔道内产生较高的声能量，从而提高了声表面波微流控芯片的能量效率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种耦合共振型声表面波微流控芯片，包括压电基底和腔体顶盖，压电基底的表面设有叉指换能器，且压电基底与腔体顶盖之间设有侧壁，压电基底、腔体顶盖和侧壁围合形成流体腔道；其中，腔体顶盖的厚度d4c_T/f，c_T为腔体顶盖的横波波速，f为腔体顶盖的工作频率；流体腔道的横截面宽度w＝n_xc_SAW/2f，c_SAW为压电基底的表面波波速，流体腔道的横截面高度h＝n_zc_f/(2fcosθ)，c_f为流体腔道内流体的声速，(n_x,n_z)为流体腔道内的声场简正模态，θ＝sin^-1(c_f/c_SAW)。

更进一步地，流体腔道的两侧分别设置有一个叉指换能器。

更进一步地，腔体顶盖的表面波波速c_R小于压电基底的表面波波速c_SAW。

更进一步地，腔体顶盖的横波波速c_T小于压电基底的表面波波速c_SAW。

更进一步地，侧壁的横波波速c_TSc_f/cosθ。