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TWI440171B - 微流體裝置 - Google Patents

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TWI440171B
TWI440171B TW100110130A TW100110130A TWI440171B TW I440171 B TWI440171 B TW I440171B TW 100110130 A TW100110130 A TW 100110130A TW 100110130 A TW100110130 A TW 100110130A TW I440171 B TWI440171 B TW I440171B
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TW
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microfluidic device
polymer matrix
memory polymer
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Inventor
Chien Chon Hong
Cheng Han Tsai
Original Assignee
Nat Univ Tsing Hua
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  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

微流體裝置
本發明是有關於一種具有驅動流體能力的微流體裝置，特別是指一種具有可將磁能轉換成熱能而形成凹陷空間的記憶基材的微流體裝置。
傳統上，微流體晶片裝置須配備流體驅動器以將流體傳輸入或輸出微流體晶片裝置。如此，將使得微流體晶片裝置變的複雜，且不易與一些生物微流體晶片相容及組裝。
在已知的技術中，記憶高分子可被用於閥件。美國專利早期公開US 2006/0036045揭露一種可做為管道中之閥件的記憶高分子。該記憶高分子是熱可變型態。在上述美國專利早期公開的揭露中，該記憶高分子可透過電阻式或雷射式加熱以達到可變形的溫度。
美國專利早期公開US 2005/0212630揭露一種具有多數磁性顆粒的記憶高分子。對該記憶高分子施加交流磁場時，該等磁性顆粒在交流磁場的交互作用下，因磁滯影響而產生熱，藉此而加熱該記憶高分子使該記憶高分子產生型變。
上述美國專利早期公開文獻均未揭露利用記憶高分子做為驅動流體的動力源。
因此，本發明之目的，即在提供一種具有驅動流體能力的微流體裝置。
於是，本發明一種具有驅動流體能力的微流體裝置包含：一形狀記憶基材，具有一形狀記憶高分子基體及多數高矯頑磁力粉末，埋設於該形狀記憶高分子基體內，該形狀記憶高分子基體可受溫度變化的影響而在一暫時型態與一記憶型態之間轉換，對該高矯頑磁力粉末施加一交流磁場時，可以使得該高矯頑磁力粉末產生熱，藉此加熱該形狀記憶高分子基體使該形狀記憶高分子基體從該暫時型態轉變成該記憶型態；及一微流體晶片，與該形狀記憶基材彼此密封地接合，且具有一微流道，該微流道具有一開口，該形狀記憶高分子基體在該暫時型態係封閉該微流道的開口，而在該記憶型態時係形成一與該微流道的開口流體相通的凹陷空間，藉此，在該微流道內產生真空，以驅動在該微流道內的流體朝該開口方向流動。
本發明之功效在於：將由形狀記憶高分子構成的記憶基材與微流體晶片結合，利用形狀記憶高分子在溫度變化下之體積變化所導致的壓力變化形成一驅動源，將液體驅動進入微流體晶片中，不僅可將驅動源整合於晶片，且製程簡便、容易控制而可有效降低成本。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
本發明的智慧型記憶高分子微流體動力裝置是利用形狀記憶高分子所構成的形狀記憶基材與微流體晶片結合，並利用形狀記憶高分子的體積變化所導致的壓力變化驅動液體進入微流道中，該體積變化所導致的壓力變化可藉由形狀記憶基材的記憶型態設計，並配合不同需求而得以產生負壓以進行流體的驅動，惟本發明之應用並不以此為限。
參閱圖1與2，本發明一種具有驅動流體能力的微流體裝置包含：一形狀記憶基材2，具有一形狀記憶高分子基體21及多數高矯頑磁力粉末22，埋設於該形狀記憶高分子基體21內，該形狀記憶高分子基體21可受溫度變化的影響而在一暫時型態(如圖1)與一記憶型態(如圖2)之間轉換，使用一磁性線圈4對該高矯頑磁力粉末22施加一交流磁場時，可以使得該高矯頑磁力粉末22產生熱(由磁滯損失，magnetic hysteresis loss，所造成的)，藉此加熱該形狀記憶高分子基體21使該形狀記憶高分子基體21從該暫時型態轉變成該記憶型態；及一微流體晶片3，與該形狀記憶基材2彼此密封地接合，且具有一微流道31，該微流道31具有一底面32及一穿通該底面32的開口311，該形狀記憶高分子基體21在該暫時型態係封閉該微流道31的開口311，而在該記憶型態時係形成一與該微流道31的開口311流體相通的凹陷空間210，藉此，在該微流道31內產生真空，以驅動外部流體流入該微流道31內或驅動在該微流道31內的流體朝該開口311方向流動。
在本實施例中，該形狀記憶高分子基體21具有一接觸面211。該高矯頑磁力粉末22埋設於該接觸面211。該接觸面211與該微流體晶片3的底面32貼合，且在該暫時型態下，封閉該開口311，而在該記憶型態時，形成該凹陷空間210。
典型製作該形狀記憶高分子基體21的高分子例子可以如美國專利號6,720,402內容中所揭露的形狀記憶高分子。較佳下，該形狀記憶高分子基體21是從一組成物聚合而得，該組成物包含甲基丙烯酸酯(methyl methacrylate，MMA)單體與丁基丙烯酸酯(butyl methacrylate，BMA)單體，四乙烯乙二醇二丙烯酸酯交鍊劑(tetraethylene glycol dimethacrylate，TEGDMA crosslinking agent)，2,2-偶氮雙異丁腈(2,2-azobisisobutyronitrile(AIBN))及或1,1-偶氮雙環己烷甲腈1,1-azobiscyclohexanecarbonitrile(ABCN)起始劑，以及一多面體矽氧烷寡聚物(polyhedral oligosilsesquioxane，POSS)。
較佳下，該高矯頑磁力粉末22的材質係擇自鎳、氧化鐵、及其等之組合。更佳下，該高矯頑磁力粉末22的材質為鎳。
較佳下，該高矯頑磁力粉22末具有一介於10-100 nm範圍的粒徑。當高矯頑磁力粉末22的粒徑小於10nm，其磁性太弱，無法產生足夠的熱，大於100nm時，較難與高分子合成。該高矯頑磁力粉末22的形狀可以是顆粒狀或條狀(fiberous in shape)。
以下將以含有MMA單體與BMA單體，TEGDMA交鍊劑，AIBN起始劑及POSS所組成的一組成物溶液為例說明該形狀記憶基材2的製備過程。如圖3A-3D所示，該形狀記憶基材2的製備步驟包括：將該單體組成物溶液51注入一具有預定圖案的模具52中(如圖3A)；加入奈米鎳粉(做為高矯頑磁力粉末22)，鎳粉因重力而沉降至該單體組成物溶液51的底部(如圖3A與3B)；在80℃下使該單體組成物溶液51進行聚合固化(curing)以獲得一具有一凹陷面215之記憶型態的形狀記憶基材2；脫模，將該具有記憶型態的形狀記憶基材2與該模具52分開(如圖3C)；及熱壓該具有記憶型態的形狀記憶基材2以將該凹陷面215壓平而獲得一具有一平整面216的暫時型態的記憶基材2(如圖3D)。
該微流體晶片3的製備是以傳統的方式製造，為熟知的技術，因此，不在此詳加描述。
本發明將形狀記憶基材2與微流體晶片3結合，並利用形狀記憶基材2在溫度變化下之體積變化所導致的壓力變化形成一驅動源，將液體驅動進入微流體晶片3的微流道31中，不僅製程簡便容易控制，且利用形狀記憶基材2可重複記憶的特性，因此形狀記憶基材2可重複使用，而可有效降低製程成本，故確實可達到本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2．．．形狀記憶基材
21．．．形狀記憶高分子基體
210．．．凹陷空間
211．．．接觸面
215．．．凹陷面
216．．．平整面
22．．．高矯頑磁力粉末
3．．．微流體晶片
31．．．微流道
311．．．開口
32．．．底面
4．．．磁性線圈
51．．．單體組成物溶液
52．．．模具
圖1是一示意圖，說明本發明微流體裝置在一暫時型態下的結構的較佳實施例；
圖2是一示意圖，說明本發明微流體裝置在一記憶型態下的結構的較佳實施例；及
圖3A-3D是示意圖，說明本發明微流體裝置之一形狀記憶基材的製造過程。
2．．．形狀記憶基材
21．．．形狀記憶高分子基體
22．．．高矯頑磁力粉末
211．．．接觸面
3．．．微流體晶片
31．．．微流道
311．．．開口
32．．．底面
4．．．磁性線圈

Claims (8)

  1. 一種具有驅動流體能力的微流體裝置，包含：一形狀記憶基材，具有一形狀記憶高分子基體及多數高矯頑磁力粉末，埋設於該形狀記憶高分子基體內，該形狀記憶高分子基體可受溫度變化的影響而在一暫時型態與一記憶型態之間轉換，對該高矯頑磁力粉末施加一交流磁場時，可以使得該高矯頑磁力粉末產生熱，藉此加熱該形狀記憶高分子基體使該形狀記憶高分子基體從該暫時型態轉變成該記憶型態；及一微流體晶片，與該形狀記憶基材彼此密封地接合，且具有一微流道，該微流道具有一開口，該形狀記憶高分子基體在該暫時型態係封閉該微流道的開口，而在該記憶型態時係形成一與該微流道的開口流體相通的凹陷空間，藉此，在該微流道內產生真空，以驅動在該微流道內的流體朝該開口方向流動。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之微流體裝置，其中，該形狀記憶高分子基體是從一組成物聚合而得，該組成物包含甲基丙烯酸酯單體與丁基丙烯酸酯單體。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之微流體裝置，其中，該組成物還包含一多面體矽氧烷寡聚物。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述之微流體裝置，其中，該高矯頑磁力粉末的材質係擇自鎳、氧化鐵及其等之組合。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之微流體裝置，其中，該高矯頑磁力粉末的材質為鎳。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之微流體裝置，其中，該高矯頑磁力粉末具有一介於10-100 nm範圍的粒徑。
  7. 依據申請專利範圍第1項所述之微流體裝置，其中，該高矯頑磁力粉末的形狀可以是顆粒狀或條狀。
  8. 依據申請專利範圍第1項所述之微流體裝置，其中，該形狀記憶高分子基體具有一接觸面，該高矯頑磁力粉末埋設於該接觸面，該接觸面與該微流體晶片貼合，且在該暫時型態下，封閉該開口，而在該記憶型態時，形成該凹陷空間。
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