西北工業大學機電學院在皮瓦級微量熱芯片技術方面取得重要進展

　　近期，西北工業大學機電學院Pavel Neuzil教授團隊的研究成果“A low-cost picowatt calorimeter using a flexible printed circuit board”在《Nature Communications》上發表。該研究獲得國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目資助，機電學院博士生朱含亮為第一作者，機電學院Pavel Neuzil教授和哈佛大學Luke P. Lee教授作為該論文的共同通訊作者。
 

　　量熱計是直接測量化學反應和生物過程熱量變化的高靈敏度工具。現有的微量熱計芯片依托MEMS工藝，已能達到亞納瓦量級的熱流檢測分辨率。然而，MEMS工藝的微米級加工精度與液體檢測所需的百微米級芯片尺寸存在適配矛盾，其多步光刻、金屬沉積刻蝕和膜釋放等關鍵步驟造成了工藝冗余與成本攀升。
 

　　Pavel研究團隊提出了柔性印刷電路(FPC)工藝實現微量熱芯片的概念，進而設計了一種基于FPC工藝并集成貼片式熱敏電阻的皮瓦級微量熱芯片。該芯片通過FPC工藝直接在柔性覆銅板上加工，無需MEMS工藝中復雜的圖形化和膜釋放步驟，減少了制造不均勻性和成本。通過標準熱敏電阻測溫，并采用鏤空結構降低熱損失，芯片熱導和熱流靈敏度分別達到了109.0 µW·K-1和227 V·W-1，在液體測量芯片中處于領先水平。同時構建了針對液體樣品的低噪聲穩定測量系統，溫度和熱流分辨率分別為6 µK和654 pW，實現了樣品形態和熱量變化的同步監測。研究表明，基于FPC工藝的微量熱芯片在實現高性能檢測的同時，顯著降低了工藝復雜度和研發成本。
 

圖1西北工業大學研制的基于柔性印刷電路工藝的微量熱芯片和形態-熱量同步監測平臺
 

　　PavelNeuzil教授予2015年10月作為國家特聘專家全職受聘于西北工業大學機電學院，與機電學院常洪龍教授共同籌建“微納流控技術人才特區”實驗室，并針對微量熱技術、核酸檢測、仿生微納結構等前沿課題進行科學研究。在Nature Reviews Drug discovery，Nature Medicine，NatureCommunications，Nucleic Acids Research，AngewandteChemie，Analytical Chemistry，Lab on a Chip等期刊發表第一、通訊作者論文130余篇，相關論文他引8700余次。西工大就職期間，PavelNeuzil教授在科研教學、人才培養、國際交流合作等多方面取得了顯著的成果，其中主持科技部國際合作重點科研項目1項、國家自然科學基金科研項目1項，獲得2023年度中國政府友誼獎。