微加熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微加熱器，屬于微機電系統(tǒng)領域，所述微加熱器包括反應腔，樣品微流道，所述樣品微流道通往所述反應腔，還包括：至少兩個弧度相同的圓弧形微流道；所述反應腔由所述至少兩個弧度相同的圓弧形微流道圍合而成，所述至少兩個圓弧形微流道之間非直接接觸，所述至少兩個圓弧形微流道與所述反應腔非直接接觸。與現(xiàn)有的在芯片基底材料上形成金屬薄膜，通過金屬薄膜實現(xiàn)加熱相比，本發(fā)明實施例的微加熱器，實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。本發(fā)明實施例可用于片上細胞培養(yǎng)、片上蛋白質(zhì)熱聚焦、片上PCR等。
【專利說明】
微加熱器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微機電系統(tǒng)領域，尤其涉及一種微加熱器。

【背景技術】
[0002]片上電阻式加熱是MEMS(英文全稱為:Micro-Electro-Mechanical_Systems,中文譯文為:微機電系統(tǒng))【技術領域】中一項重要的加熱技術，是一種結構緊湊、集成性好且能耗低的嵌入式加熱方法。該方法通常采用導電介質(zhì)作為微加熱器材料，形成易于控制的電阻式微加熱器集成于芯片上。
[0003]金屬具有較好的導電、導熱性能，其在微加熱器方面有廣泛的應用。通常應用沉積、濺射等方法將金屬(如鉬Pt、金Au等)以固態(tài)薄膜的形式集成在芯片基底材料上形成微加熱器，常出現(xiàn)金屬薄膜的厚度不均勻，造成加熱溫度不均勻的問題。為保證金屬薄膜的厚度均勻，需要價格高昂的制作設備及復雜的制作工藝，實現(xiàn)方式較為復雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供一種微加熱器，實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。
[0005]本發(fā)明實施例采用如下技術方案:
[0006]一種微加熱器，包括反應腔，樣品微流道，所述樣品微流道通往所述反應腔，還包括:至少兩個弧度相同的圓弧形微流道；
[0007]所述反應腔由所述至少兩個弧度相同的圓弧形微流道圍合而成，所述至少兩個圓弧形微流道之間非直接接觸，所述至少兩個圓弧形微流道與所述反應腔非直接接觸。
[0008]可選地，所述至少兩個圓弧形微流道中裝有液態(tài)金屬，應用所述至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電后產(chǎn)生的熱量，向所述反應腔提供熱源。
[0009]可選地，采用恒壓源或恒流源向所述至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電。
[0010]可選地，所述至少兩個圓弧形微流道中的多個圓弧形微流道中液態(tài)金屬同時通電時，采用同一電壓源或同一電流源向所述多個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電。
[0011]可選地，所述至少兩個圓弧形微流道中裝有液態(tài)金屬，所述微加熱器還包括:
[0012]溫度控制模塊，用于根據(jù)所述至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬的電阻確定所述反應腔的溫度。
[0013]可選地，溫度控制模塊還用于，調(diào)整所述反應腔的溫度。
[0014]可選地，所述至少兩個圓弧形微流道的數(shù)量為N個，相鄰的N/2個圓弧形微流道與另外N/2個圓弧形微流道對稱，其中N的大于或等于2的偶數(shù)。
[0015]可選地，所述弧度相同的圓弧形微流道的兩端置有空心引線，所述空心引線的尾端置有灌注口，所述灌注口用于通過所述空心引線向所述圓弧形微流道灌注液態(tài)金屬。
[0016]可選地，所述液態(tài)金屬為室溫下為液態(tài)的金屬。
[0017]可選地，所述樣品微流道，反應腔，所述至少兩個弧度相同的圓弧形微流道，空心引線，所述灌注口采用微機械加工方法制作。
[0018]基于上述技術方案，本發(fā)明實施例的微加熱器，樣品微流道通往反應腔，反應腔由至少兩個弧度相同的圓弧形微流道圍合而成，至少兩個圓弧形微流道之間非直接接觸，至少兩個圓弧形微流道與反應腔非直接接觸。與現(xiàn)有的在芯片基底材料上形成金屬薄膜，通過金屬薄膜實現(xiàn)加熱相比，本發(fā)明實施例的微加熱器，實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明實施例1提供的一種微加熱器的結構示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實施例2提供的一種微加熱器的結構示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實施例3提供的一種微加熱器的結構示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實施例4提供的一種微加熱器的結構示意圖。
[0024]圖中:1、反應腔，2、樣品微流道，3、圓弧形微流道，4、圓弧形微流道，5、空心引線，6、灌注口，7、電源模塊，8、溫度控制模塊。

【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，本實施例提供一種微加熱器，包括反應腔1，樣品微流道2，樣品微流道2通往反應腔1，至少兩個弧度相同的圓弧形微流道；
[0028]反應腔I由至少兩個弧度相同的圓弧形微流道圍合而成，至少兩個圓弧形微流道之間非直接接觸，至少兩個圓弧形微流道與反應腔I非直接接觸。
[0029]具體地，至少兩個圓弧形微流道之間可以填充低導熱率的絕緣材料，至少兩個圓弧形微流道與反應腔I之間可以填充低導熱率的絕緣材料。反應腔I中為恒定均勻溫度的微環(huán)境，樣品微流道2為向反應腔I取放實驗物的通道。至少兩個弧度相同的圓弧形微流道可以為圖1所示的圓弧形微流道3、圓弧形微流道4，應當理解，本發(fā)明其他實施例中還可以包含更多的圓弧形微流道。
[0030]可選地，至少兩個圓弧形微流道之間可以填充聚合物材料(如PDMS (英文全稱為:polydimethylsi1xane),中文譯文為:聚二甲基娃氧燒),至少兩個圓弧形微流道與反應腔I之間可以填充聚合物材料(如PDMS)。
[0031]可選地，至少兩個圓弧形微流道中裝有液態(tài)金屬，應用至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電后產(chǎn)生的熱量，向反應腔I提供熱源。
[0032]例如，應用圖1中的圓弧形微流道3向反應腔I提供熱源。
[0033]實踐中，可以向將盡可能多的圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電，這樣可以使得反應腔I的溫度均衡。
[0034]可選地，如圖1所示，采用電源模塊7向至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電。其中電源模塊7提供可以調(diào)整的穩(wěn)定電壓或穩(wěn)定電流。穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流是指，除收到調(diào)整指令外，電源模塊提供的電壓或電流恒定。
[0035]可選地，至少兩個圓弧形微流道中的多個圓弧形微流道中液態(tài)金屬同時通電時，采用同一電壓源或同一電流源向多個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電。
[0036]例如，本發(fā)明其他實施例中，圖1中電源模塊7還可以通過導線9同時向圓弧形微流道3、圓弧形微流道4提供相同的電流或電壓。
[0037]可選地，如圖1所示，至少兩個圓弧形微流道中裝有液態(tài)金屬，微加熱器還包括:
[0038]溫度控制模塊8，用于根據(jù)至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬的電阻確定反應腔的溫度。
[0039]進一步，溫度控制模塊8還用于，調(diào)整反應腔I的溫度。
[0040]具體地，溫度控制模塊8根據(jù)圓弧形微流道中液態(tài)金屬的電阻確定反應腔的溫度后，可以控制電源7的電流或者電壓，從而控制反應腔I的溫度。
[0041 ] 可選地，至少兩個圓弧形微流道的數(shù)量為N個，相鄰的N/2個圓弧形微流道與另外N/2個圓弧形微流道對稱，其中N的大于或等于2的偶數(shù)。
[0042]例如，以N=2為例，如圖1所示，圓弧形微流道3與圓弧形微流道4對稱。
[0043]可選地，弧度相同的圓弧形微流道的兩端置有空心引線5，空心引線的尾端置有灌注口 6，灌注口 6用于通過空心引線5向圓弧形微流道3、圓弧形微流道4灌注液態(tài)金屬。
[0044]可選地，液態(tài)金屬為室溫下為液態(tài)的金屬，例如鎵或鎵基合金等，本實施例不做限定。
[0045]可選地，樣品微流道2，反應腔1，至少兩個弧度相同的圓弧形微流道，空心引線5，灌注口 6采用微機械加工方法制作。
[0046]例如，應用模具在聚合物材料(PDMS)上形成樣品微流道2，反應腔1，至少兩個弧度相同的圓弧形微流道，空心引線5，灌注口 6，從而制造出微加熱器。這樣，制造工藝簡單，成本低易于推廣。
[0047]基于上述技術方案，本發(fā)明實施例的微加熱器，樣品微流道通往反應腔，反應腔由至少兩個弧度相同的圓弧形微流道圍合而成，至少兩個圓弧形微流道之間非直接接觸，至少兩個圓弧形微流道與反應腔非直接接觸。與現(xiàn)有的在芯片基底材料上形成金屬薄膜，通過金屬薄膜實現(xiàn)加熱相比，本發(fā)明實施例的微加熱器，實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。
[0048]實施例2
[0049]如圖2所示，本實施例提供一種微加熱器，包括反應腔1，樣品微流道2，弧度相同的圓弧形微流道3和圓弧形微流道4，空心引線5，灌注口 6，電源模塊7，溫度控制模塊8。
[0050]其中，反應腔I用于提供實驗物所需的恒溫環(huán)境；樣品微流道2通往反應腔1，用于向反應腔I投、取實驗物；圓弧形微流道3、圓弧形微流道4用于向反應腔I提供熱源和/或測量反應腔I的溫度；空心引線5用于將圓弧形微流道3、圓弧形微流道4連接灌注口 6 ；灌注口 6用于向圓弧形微流道3、圓弧形微流道4灌注液態(tài)金屬，并連接導線9 ；電源模塊7用于提供電源；溫度控制模塊8用于通過圓弧形微流道3或圓弧形微流道4測量反應腔I的溫度，還可以提供測量反應腔I的溫度是所需的電源。
[0051]具體地，如圖2所示，反應腔I 一側的圓弧形微流道3作為液態(tài)金屬加熱器用于加熱，另一側的圓弧形微流道4用于溫度測量。圓弧形微流道3作為微電阻器經(jīng)空心引線5和灌注口6由金屬導線9引出并接到電源7供電電路中。圓弧形微流道3在電流焦耳熱的作用下產(chǎn)生熱量為反應腔I加熱。圓弧形微流道4作為電阻式溫度傳感器采用四線法(SP如圖2所示圓弧形微流道4連接4條線)對反應腔I的溫度進行測量，圓弧形微流道4經(jīng)空心引線5和灌注口 6由外部金屬導線9連接到溫度控制模塊8，由溫度控制模塊8測量圓弧形微流道4的電阻，得到反應腔I的溫度，并根據(jù)反應腔的溫度對電源7輸出的電量進行控制。四線法中，圓弧形微流道4中的電源由溫度控制模塊8提供，電流應遠小于電源7提供給圓弧形微流道3的加熱電流，圓弧形微流道4的電壓由溫度控制模塊8測量。
[0052]圖2中圓弧形微流道3與圓弧形微流道4之間可以填充聚合物材料(如PDMS)，圓弧形微流道3、圓弧形微流道4與反應腔I之間可以填充聚合物材料(如PDMS)。圖2所示的微加熱器可以應用模具在聚合物材料(PDMS)上形成樣品微流道2，反應腔1，圓弧形微流道3，圓弧形微流道4，空心引線5，灌注口 6，從而制造出微加熱器。這樣，制造工藝簡單，成本低易于推廣。
[0053]本實施例中液態(tài)金屬為室溫下為液態(tài)的金屬，例如鎵或鎵基合金等，本實施例不做限定。
[0054]需要說明的是，圖2為示例圖，本發(fā)明其他實施例中，可以包含更多的圓弧形微流道，且可以對全部或部分圓弧形微流道通電向反應腔提供熱源。
[0055]本實施例提供的微加熱器僅通過部分圓弧形微流道對反應腔加熱，反應腔內(nèi)溫度分布不均勻且控溫誤差較大，本實施例可用于對反應腔溫度均勻性及溫控要求不高的場旦
-5^ O
[0056]本實施例提供的微加熱器與現(xiàn)有的在芯片基底材料上形成金屬薄膜，通過金屬薄膜實現(xiàn)加熱相比，本發(fā)明實施例的微加熱器，結構簡單、實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。
[0057]實施例3
[0058]如圖3所示，本實施例提供一種微加熱器，包括反應腔1，樣品微流道2，弧度相同的圓弧形微流道3和圓弧形微流道4，空心引線5，灌注口 6，電源模塊7，溫度控制模塊8。
[0059]其中，反應腔I用于提供實驗物所需的恒溫環(huán)境；樣品微流道2通往反應腔1，用于向反應腔I投、取實驗物；圓弧形微流道3、圓弧形微流道4用于向反應腔I提供熱源和/或測量反應腔I的溫度；空心引線5用于將圓弧形微流道3、圓弧形微流道4連接灌注口 6 ；灌注口 6用于向圓弧形微流道3、圓弧形微流道4灌注液態(tài)金屬，并連接導線9 ；電源模塊7用于提供電源；溫度控制模塊8用于通過圓弧形微流道3或圓弧形微流道4測量反應腔I的溫度，還可以提供測量反應腔I的溫度是所需的電源。
[0060]具體地，如圖3所示，反應腔I兩側的圓弧形微流道3、圓弧形微流道4并聯(lián)用于加熱，反應腔I其中一側的圓弧形微流道4用于溫度測量。反應腔I兩側的圓弧形微流道3、圓弧形微流道4作為微電阻器經(jīng)空心引線5和灌注口 6由金屬導線9引出，并聯(lián)后接入電源7供電電路中，圓弧形微流道3、圓弧形微流道4在電流焦耳熱的作用下產(chǎn)生熱量為反應腔I加熱。反應腔I一側的圓弧形微流道4作為電阻式溫度傳感器對反應腔I的溫度進行測量，圓弧形微流道4經(jīng)空心引線5和灌注口 6由金屬導線9引出并接入溫度控制模塊8中，由溫度控制模塊8測量圓弧形微流道4的電阻得出反應腔I的溫度，并根據(jù)反應腔I的溫度對電源7進行自動控制。圓弧形微流道4的恒定電流由電源7提供，圓弧形微流道4的電壓由溫度控制模塊8測量。
[0061]圖3中圓弧形微流道3與圓弧形微流道4之間可以填充聚合物材料(如PDMS)，圓弧形微流道3、圓弧形微流道4與反應腔I之間可以填充聚合物材料(如PDMS)。圖2所示的微加熱器可以應用模具在聚合物材料(PDMS)上形成樣品微流道2，反應腔1，圓弧形微流道3，圓弧形微流道4，空心引線5，灌注口 6，從而制造出微加熱器。這樣，制造工藝簡單，成本低易于推廣。
[0062]本實施例中液態(tài)金屬為室溫下為液態(tài)的金屬，例如鎵或鎵基合金等，本實施例不做限定。
[0063]需要說明的是，圖3為示例圖，本發(fā)明其他實施例中，可以包含更多的圓弧形微流道，且可以對全部或部分圓弧形微流道通電向反應腔提供熱源。
[0064]本實施例提供的微加熱器通過全部圓弧形微流道對反應腔加熱，反應腔的溫度均勻分布，且溫度控制較為精確。
[0065]本實施例提供的微加熱器與現(xiàn)有的在芯片基底材料上形成金屬薄膜，通過金屬薄膜實現(xiàn)加熱相比，本發(fā)明實施例的微加熱器，結構簡單、實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。
[0066]實施例4
[0067]如圖4所示，本實施例提供一種微加熱器，包括反應腔1，樣品微流道2，弧度相同的圓弧形微流道3和圓弧形微流道4，空心引線5，灌注口 6，電源模塊7，溫度控制模塊8。
[0068]其中，反應腔I用于提供實驗物所需的恒溫環(huán)境；樣品微流道2通往反應腔1，用于向反應腔I投、取實驗物；圓弧形微流道3、圓弧形微流道4用于向反應腔I提供熱源和/或測量反應腔I的溫度；空心引線5用于將圓弧形微流道3、圓弧形微流道4連接灌注口 6 ；灌注口 6用于向圓弧形微流道3、圓弧形微流道4灌注液態(tài)金屬，并連接導線9 ；電源模塊7用于提供電源；溫度控制模塊8用于通過圓弧形微流道3或圓弧形微流道4測量反應腔I的溫度，還可以提供測量反應腔I的溫度是所需的電源。
[0069]具體地，如圖4所示，反應腔I兩側的圓弧形微流道3、圓弧形微流道4串聯(lián)用于加熱，反應腔I其中一側的圓弧形微流道4用于溫度測量。反應腔I兩側的圓弧形微流道3、圓弧形微流道4作為微電阻器經(jīng)空心引線5和灌注口 6由金屬導線9引出，串聯(lián)后接入電源7供電電路中，圓弧形微流道3、圓弧形微流道4在電流焦耳熱的作用下產(chǎn)生熱量為反應腔I加熱。反應腔I其中一側的圓弧形微流道4作為電阻式溫度傳感器對反應腔I的溫度進行測量，圓弧形微流道4經(jīng)空心引線5和灌注口 6由金屬導線9引出并接入溫度控制模塊8中，由溫度控制模塊8測量圓弧形微流道4的電阻得出反應腔I的溫度，并根據(jù)反應腔I的溫度對電源7進行自動控制。圓弧形微流道4的恒定電流由電源7提供，圓弧形微流道4的電壓由溫度控制模塊8測量。
[0070]圖4中圓弧形微流道3與圓弧形微流道4之間可以填充聚合物材料(如PDMS)，圓弧形微流道3、圓弧形微流道4與反應腔I之間可以填充聚合物材料(如PDMS)。圖2所示的微加熱器可以應用模具在聚合物材料(PDMS)上形成樣品微流道2，反應腔1，圓弧形微流道3，圓弧形微流道4，空心引線5，灌注口 6，從而制造出微加熱器。這樣，制造工藝簡單，成本低易于推廣。
[0071]本實施例中液態(tài)金屬為室溫下為液態(tài)的金屬，例如鎵或鎵基合金等，本實施例不做限定。
[0072]需要說明的是，圖3為示例圖，本發(fā)明其他實施例中，可以包含更多的圓弧形微流道，且可以對全部或部分圓弧形微流道通電向反應腔提供熱源。
[0073]本實施例提供的微加熱器通過全部圓弧形微流道對反應腔加熱，反應腔的溫度均勻分布，且溫度控制較為精確。
[0074]本實施例提供的微加熱器與現(xiàn)有的在芯片基底材料上形成金屬薄膜，通過金屬薄膜實現(xiàn)加熱相比，本發(fā)明實施例的微加熱器，結構簡單、實現(xiàn)工藝簡單、成本較低。
[0075]本發(fā)明實施例可用于片上細胞培養(yǎng)、片上蛋白質(zhì)熱聚焦、片上PCR (英文全稱為:Polymerase Chain React1n,中文譯文為:聚合酶鏈式反應)等。
[0076]本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。
[0077]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡未付出創(chuàng)造性勞動，對本發(fā)明實施例所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種微加熱器，包括反應腔，樣品微流道，所述樣品微流道通往所述反應腔，其特征在于，還包括:至少兩個弧度相同的圓弧形微流道； 所述反應腔由所述至少兩個弧度相同的圓弧形微流道圍合而成，所述至少兩個圓弧形微流道之間非直接接觸，所述至少兩個圓弧形微流道與所述反應腔非直接接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的微加熱器，其特征在于，所述至少兩個圓弧形微流道中裝有液態(tài)金屬，應用所述至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電后產(chǎn)生的熱量，向所述反應腔提供熱源。
3.根據(jù)權利要求2所述的微加熱器，其特征在于，采用恒壓源或恒流源向所述至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電。
4.根據(jù)權利要求2或3所述微加熱器，其特征在于，所述至少兩個圓弧形微流道中的多個圓弧形微流道中液態(tài)金屬同時通電時，采用同一電壓源或同一電流源向所述多個圓弧形微流道中液態(tài)金屬通電。
5.根據(jù)權利要求1所述的微加熱器，其特征在于，所述至少兩個圓弧形微流道中裝有液態(tài)金屬，所述微加熱器還包括: 溫度控制模塊，用于根據(jù)所述至少兩個圓弧形微流道中至少一個圓弧形微流道中液態(tài)金屬的電阻確定所述反應腔的溫度。
6.根據(jù)權利要求5所述的微加熱器，其特征在于，溫度控制模塊還用于，調(diào)整所述反應腔的溫度。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的微加熱器，其特征在于，所述至少兩個圓弧形微流道的數(shù)量為N個，相鄰的N/2個圓弧形微流道與另外N/2個圓弧形微流道對稱，其中N的大于或等于2的偶數(shù)。
8.根據(jù)權利要求1所述的微加熱器，其特征在于，所述弧度相同的圓弧形微流道的兩端置有空心引線，所述空心引線的尾端置有灌注口，所述灌注口用于通過所述空心引線向所述圓弧形微流道灌注液態(tài)金屬。
9.根據(jù)權利要求2或5或8所述的微加熱器，其特征在于，所述液態(tài)金屬為室溫下為液態(tài)的金屬。
10.根據(jù)權利要求8所述的微加熱器，其特征在于，所述樣品微流道，反應腔，所述至少兩個弧度相同的圓弧形微流道，空心引線，所述灌注口采用微機械加工方法制作。
【文檔編號】B01L3/00GK104437686SQ201310429167
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】高猛, 桂林 申請人:中國科學院理化技術研究所