项目类型：创新训练项目；

项目名称：微流控芯片多层对准键合装置

项目编号：202310384064

项目简介：

在植入式微流控器件制造中，封闭微通道的高质量制造是整个器件制造过程中的难点，分步进行微结构层、微结构上层封装、微结构下层封装又是其中极其重要的步骤。针对微结构制造过程中的高精度对准键合问题，设计搭建可用于多层微流道及微结构对准键合的显微装置，实现微米级精度的对准键合，服务于一种面向肿瘤电场治疗的超声驱动无源无芯柔性植入式电刺激器的异质异构三维集成制造。

项目的具体研发内容主要包括以下三个核心部分：

1） 多层对准键合装置的机械结构设计：针对微结构层、微结构上层封装、微结构下层封装需求。本项目拟开发设计多层微结构对准键合装置，其设计思路为通过两台电子显微镜的配合成像，依据成像形成参照，控制位移平台使其上下双层微流道或其他结构对准，可以精确键合。具体设计如图1所示。

2） 显微图像采集与处理算法构建：两台显微镜放置于预键合上层芯片顶端，可以清晰观察到微流道内部情况，包括悬臂梁位置，流道内结构。水平位置于芯片中微流道的两端，以便于对准判断以及标记，便于图像的精确采集。采集成果通过传输输入电脑上位机模块，开发一款处理算法来实现图像的单屏双图显示，实现自动识别标记点对齐并提示的功能，以便于对准操作，对准过程如图2所示。

3） 多层对准键合装置的应用：使用对准键合装置，我们制造研究和开发一种面向肿瘤电场治疗的超声驱动无源无芯柔性植入式电刺激器。该电刺激器利用超声波无线供能技术，通过柔性压电膜片在超声作用下产生交流电压信号，实现对肿瘤组织的精准电刺激，并与医学院合作进行植入式实验。如图3、4所示：

图1 项目设计结构示意图

图2 显微图像采集与处理算法构建过程

图3 一种面向肿瘤电场治疗的超声驱动无源无芯柔性植入式电刺激器

图4有线柔性刺激电极成品进行生物实验验证结构

创新点描述：

1）      高精度对准键合装置：设计并构建了一种结合电子显微镜和微米级XYZ运动控制平台的多层对准键合装置，实现了微流控芯片中多层微流道和电极微结构的高精度对准和键合，确保了植入式电刺激器的结构完整性和功能性。

2）      简化操作与成本效益的装置：装置设计注重简化操作流程和降低成本，使得设备更加轻便，易于使用，同时保持了高对准精度，大幅降低了生产成本和操作难度。

3）      异质集成制造工艺：开发了一种新的制造方法，通过多层光刻和对准键合技术，实现了植入式电刺激器的异质异构三维集成，显著提升了设备的性能和可靠性，一种面向肿瘤电场治疗的超声驱动无源无芯柔性植入式电刺激器的异质异构三维集成制造。

项目成员信息：

（负责人）姓名：郑立灿；年级：2021；专业:机械设计制造及其自动化；

（成员）姓名：潘思航；年级：2021；专业: 机械设计制造及其自动化；

项目指导教师信息：

罗涛，男，厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院助理教授，长期从事微流控、微纳传感器以及激光微纳加工方面的研究，迄今已在Nature Communications, Small, Lab on a Chip, Science Robotics, Applied Physics Letters, Biofabrication, Biomicrofluidics等国际知名期刊发表论文60余篇，且多篇论文被评选为封面论文。主持国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金青年项目、广东省自然科学基金青年项目、福建省自然科学基金青年项目等项目。担任《极端制造》英文版、《机械科学与技术》期刊青年编委，以及Small、IEEE Sensors Journal、Analyst等国际期刊通讯审稿人。连续三年指导本科生获得厦门大学机械设计制造及其自动化专业优秀毕业设计。

立项年份：2023年

研究过程中的已产生的成果：

大创小组在研发过程中，基于已掌握的关键技术，在指导老师的指导下，项目成员参加第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“黑科技”赛道星系级作品，发表SCI论文两篇，EI会议论文一篇，具体信息如下：

1） 参加第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛“黑科技”展示活动，获星系级作品（国家特等奖）；

2)  入选第十七届全国大学生创新年会改革成果展示项目

3） SCI综述论文：Tao Luo*, Lican Zheng, Dongyang Chen, Chen Zhang, Sirui Liu, Chongjie Jiang, Yu Xie, Dan Du and Wei Zhou. Implantable microfluidics : methods and applications. Analyst. 2023; 148.（第二作者，导师一作）；

4） SCI研究论文：Dongyang Chen, Lican Zheng, Yu Xie, Chen Zhang, Sirui Liu, Chongjie Jiang, Wei Zhou, Tao Luo*. Design and numerical study of a bidirectional acoustic microfluidic pump enabled by microcantilever arrays. Electrophoresis. 2023; 1–12. (第二作者，指导老师通讯作者)；

5）  Dongyang Chen, Lican Zheng, Jingcheng Wang, Yu Xie, Wei Zhou, Tao Luo*."Simulation of A Bidirectional Microfluidic Pump Actuated by Ultrasound Based on Microcantilever Arrays." 2023 IEEE 18th International Conference on NEMS, Jeju Island, Korea, Republic of 2023, pp. 58-6. (第二作者,指导老师通讯作者)。