專利名稱：電化學(xué)檢測-微流控芯片及制作方法和再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)檢測-微流控芯片。
本發(fā)明還涉及上述電化學(xué)檢測-微流控芯片的制作方法。
本發(fā)明還涉及上述電化學(xué)檢測-微流控芯片的再生方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)上述目的高聚物材料因?yàn)槠涑杀镜土?、制作容易，得到越來越多的重視，其中以硅橡膠聚二甲基硅氧烷(PDMS)應(yīng)用較廣。本發(fā)明以商品化的鉻板玻璃為材料，通過光刻和濕法腐蝕工藝制作出玻璃硬模板，用于PDMS的模塑成型，制得組成微流控芯片所需的微通道和用于制作電極的軟模板。該玻璃硬模板在操作中可反復(fù)使用，制作的PMDS微溝道尺寸均一、形狀重現(xiàn)性好。
在制作電極操作中本發(fā)明選取了需要活性催化顆粒誘導(dǎo)才能發(fā)生的化學(xué)鍍反應(yīng)。利用玻璃平坦表面對粒子結(jié)合力弱的特點(diǎn)，在絕大部分區(qū)域，無法負(fù)載足夠的催化顆粒，化學(xué)鍍無法進(jìn)行；在局部區(qū)域，在含有微圖案的PDMS軟模板的幫助下，可對載玻片進(jìn)行選擇性的粗化處理，以提供足夠的表面積結(jié)合活化的誘導(dǎo)顆粒，然后進(jìn)行的化學(xué)鍍，僅該部分負(fù)載有活化顆粒的化學(xué)鍍反應(yīng)得以順利進(jìn)行，由此沉積了作為電化學(xué)檢測所需的電極鍍層。
利用PDMS可與平坦表面可逆鍵合的特性，將制作有微溝道的PDMS與含制作了微電極的載玻片貼合到一起，形成電泳微通道，由此組成微流控芯片。
電化學(xué)檢測采用柱端檢測模式，電化學(xué)檢測電極距離電泳微通道出口端20-60微米，既能有效減小電泳分離高壓對電化學(xué)檢測的影響，又避免了麻煩的制作高壓隔離接地的過程。
該方法制得的微流控芯片-電化學(xué)檢測系統(tǒng)對設(shè)備要求少，操作的關(guān)鍵步驟在室溫下即可完成，成功率高，可以用于多種材料電極的制作，所得鍍層附著力強(qiáng)，且在電極失活之后，可重新經(jīng)化學(xué)鍍而再生，使用周期長，適用面廣。
具體操作如下1)模塑法制作PDMS軟模板用于制作微流控通道和軟模板的硬模板通過光刻法制作，采用涂有光刻膠的鉻版玻璃為原材料。繪制微流控芯片流路和電極圖案并將其打印到軟膠片上，電泳通道的寬度一般在20-100微米之間，電極工作部分寬度20-100微米，連接部分寬些，200-500微米，以使工作電極與電化學(xué)檢測儀之間較好的連接。圖案通過紫外燈曝光投影到光膠層上，再顯影，以150-200克/升硝酸鈰銨、30-50毫升/升醋酸或120-180克/升硝酸鈰銨，10-20毫升/升硝酸溶液去除露出的鉻層，以殘留的光膠和鉻層為掩護(hù)，使用12-30克/升氫氟酸、20-30克/升氟化銨或10-20克/升氫氟酸、10-20克/升硝酸溶液的對玻璃腐蝕15-25分鐘，制作出微圖案，得到硬模板。模塑過程中將PDMS單體與固化劑按10∶1的比例混合，經(jīng)真空泵抽真空脫氣，去除交聯(lián)反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體，再傾倒于玻璃硬模板上，在60-70攝氏度加熱1.5-2小時，使其固化。完成后，將已交聯(lián)的PDMS層從硬模板上剝離，即得到微流控芯片所需的微溝道和制作電極的軟模板，通道末端用2-5毫米的打孔器打孔，作為儲液池。
2)選擇性粗化 取載玻片，經(jīng)用鉻酸洗液或體積比為3∶1的H2SO4/H2O2洗液清洗，再用去離子水洗凈，并晾干。將制得的PDMS軟模板與載玻片貼合，從而形成如電極圖案的微通道，在通道末端儲液池滴加少量2-4％的硅酸鈉溶液，溶液在毛細(xì)作用下進(jìn)入微通道，并將其充滿，去除多余溶液。將基片連同PDMS室溫靜置6-8小時，讓通道中溶液自然干燥。揭去PDMS模板，硅酸鈉留在基片上，將基片置于加熱爐內(nèi)150-250攝氏度加熱20-40分鐘，使該部分硅酸鈉固化成型，取出即得到如電極形狀的粗化部分。
3)化學(xué)鍍化學(xué)鍍采用10-20克/升氯化亞錫，為敏化劑敏化2-5分鐘，為防止亞錫離子的氧化，可添加少量鹽酸和錫金屬顆粒，1-3克/升硝酸銀，滴加氨水至產(chǎn)生沉淀又消失配置銀銨溶液為活化劑活化2-4分鐘，以生成的銀顆粒為催化中心，進(jìn)行化學(xué)鍍銅。在敏化/銀銨活化/化學(xué)鍍銅步驟之間，載玻片經(jīng)去離子水超聲洗滌10-20秒，以去除吸附在光滑表面的少量殘留粒子。鍍銅在含5-8克/升硫酸銅、2.5-3克/升氯化鎳、28-35毫升/升福爾馬林、6-12克/升氫氧化鈉、20-35克/升酒石酸鉀鈉的溶液中，在不斷攪動的情況下進(jìn)行化學(xué)鍍銅，30-45分鐘，得到如軟模板圖案的銅膜，膜厚100-300納米，該銅膜可作為電化學(xué)檢測用的銅電極。
進(jìn)一步的，可以制得的銅層為基礎(chǔ)，使用由2.5-3.5克/升亞硫酸金鈉，15-20克/升亞硫酸鈉，40-60毫升/升福爾馬林組成的鍍金液，在不斷攪動的情況下，以銅為催化劑，在其上繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)鍍金，20-40分鐘可得到約厚150-300納米的金膜，可作為電化學(xué)檢測的金電極。
4)微流控芯片-電化學(xué)檢測系統(tǒng)將含微溝道的PDMS基片在顯微鏡下與載玻片上的電極條對齊，形成可逆鍵合，組成微流控-電化學(xué)檢測芯片，控制電泳通道出口與檢測電極之間距離在20-60微米，電化學(xué)檢測為柱端檢測模式。
5)電極失活后，揭開PDMS層，用腐蝕液將載玻片上電極去除，洗凈后，重新進(jìn)行化學(xué)鍍，可使電極得以再生，且電極圖案與原先一致。
PDMS單體和交聯(lián)劑以10∶1充分混合攪勻，在真空下脫氣，至無氣體生成，將混合物傾倒于玻璃模板表面，并置于烘箱中，65攝氏度加熱2小時。冷卻至室溫后，小心用刀片切割PDMS，并將其從玻璃模板上剝離，即得到PDMS微溝道和軟模板。在通道末端用打孔器打上2.5mm直徑的孔作為儲液池。
2，制作集成的電化學(xué)檢測銅電極取一經(jīng)鉻酸洗液、去離子水洗凈的載玻片，在其一末端覆蓋步驟1制備的含電極微圖案的PDMS軟模板，PDMS與玻璃可逆鍵合，形成微通道，從打好的儲液池加入2％硅酸鈉溶液，溶液在毛細(xì)作用下自動充滿整個通道。室溫放置6小時晾干。揭去PDMS軟模板，在玻璃表面得到如所需電極圖案的硅酸鈉涂層，將載玻片置于加熱爐內(nèi)170攝氏度加熱30分鐘。冷至室溫后，去離子水清洗凈，浸于15克/升氯化亞錫、10毫升/升濃鹽酸，并添加少量錫粒組成的敏化溶液中3分鐘，用去離子水充分洗凈后，超聲清洗10秒，置于由1.5克/升硝酸銀，滴加氨水至產(chǎn)生沉淀又消失配置成的銀氨溶液中再浸泡3分鐘，可見到原先覆蓋有硅酸鈉的部分生成了棕褐色銀顆粒，繼續(xù)用去離子水洗凈，超聲清洗10秒，將載玻片置于剛混合的1∶1的含6.0克/升硫酸銅、3.0克/升氯化鎳A溶液和含32毫升/升福爾馬林、10克/升氫氧化鈉、30克/升酒石酸鉀鈉的B溶液中，在不斷攪動的情況下進(jìn)行化學(xué)鍍銅，45分鐘，得到如軟模板圖案的銅膜，厚度在200納米左右，該銅膜可作為電化學(xué)檢測用的銅電極。
3，組成微流控-電化學(xué)檢測芯片及實(shí)際應(yīng)用將PDMS微通道與含電化學(xué)檢測電極的載玻片對齊，使電極位于微流控芯片的檢測池中，距離分離通道出口40微米，如圖3所示，兩者貼合，PDMS與平坦的載玻片表面可逆鍵合，形成電泳微通道，電化學(xué)檢測為柱端檢測模式。該芯片可在強(qiáng)堿性條件下，直接安培法用于糖類物質(zhì)或氨基酸類物質(zhì)的分離分析4，電極失活后的再處理電極失活后，可將載玻片同PDMS剝離，電極部分銅層用1∶1∶2的鹽酸/過氧化氫/水溶液腐蝕3分鐘，清洗干凈后，通過如前所述敏化、誘導(dǎo)、化學(xué)鍍步驟，可得到與以前基本一致的電極圖案。將PDMS層洗凈晾干，兩者重新對齊鍵合，重新組成電化學(xué)檢測-微流控芯片。
實(shí)施例21，制作PDMS軟模板和微通道鉻板玻璃經(jīng)使用掩膜板光刻后，用0.6％氫氧化鈉溶液顯影，160克/升硝酸鈰銨、20毫升/升硝酸溶液去鉻，清洗凈，置于15克/升氫氟酸、15克/升硝酸溶液中，以0.8微米每分鐘的速度對暴露的玻璃部分進(jìn)行腐蝕，得到突起的微圖案，微流控芯片通道所需玻璃模板腐蝕15分鐘，用于制作電極軟模板的腐蝕2分鐘，腐蝕完畢，用20克/升氫氧化鈉溶液去除多余的光膠，去鉻液去除鉻層。玻璃模板洗凈，晾干。混合好的PDMS前體與固化劑經(jīng)真空脫氣，傾倒于模板上，70攝氏度下加熱固化反應(yīng)1.5小時。剝離PDMS層，用于電泳分離的微通道深12微米，頂部最寬處為60微米，底部最窄處45微米。用于制作微電極的軟模板微通道深1.5微米2，制作集成的金電極取一載玻片，經(jīng)體積比為3∶1的H2SO4/H2O2洗液、去離子水洗凈，在其上覆蓋PDMS軟模板，經(jīng)由前述的粗化、敏化、誘導(dǎo)、鍍銅步驟，生成如電極形狀的銅膜，但鍍銅步驟僅進(jìn)行25分鐘，銅膜厚150納米。將該載玻片置于由2.8克/升亞硫酸金鈉，16克/升亞硫酸鈉，50毫升/升福爾馬林組成的鍍金液中，在不斷攪動的情況下，以銅為催化劑，在其上繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)鍍金，30分鐘可得到約厚200納米的金膜，可作為電化學(xué)檢測的金電極。
3，組成微流控芯片電化學(xué)檢測系統(tǒng)及其應(yīng)用含電泳微通道的PDMS層與含制作了電極的載玻片帖緊，形成可逆鍵合，金電極與通道出口處的距離控制在50微米。該芯片可在中性條件下，直接安培法檢測兒茶酚類物質(zhì)，也可在偏堿性條件下，脈沖安培法用于分離和檢測糖類和氨基酸。
4，電極失活后的再處理電極失活后，可將載玻片同PDMS剝離，用王水腐蝕掉電極鍍層，通過如前所述敏化、誘導(dǎo)、化學(xué)鍍步驟，可得到與以前基本一致的金電極圖案。將PDMS層洗凈晾干，兩者重新對齊鍵合，重新組成電化學(xué)檢測-微流控芯片。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)檢測-微流控芯片，將含微溝道的硅橡膠聚二甲基硅氧烷基片與載玻片上的電極條對齊，形成微流控通道，微通道出口與檢測電極之間距離為20-60微米，電化學(xué)檢測為柱端檢測模式。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)檢測-微流控芯片，其特征在于，所述微流控通道的寬度為20-100微米，電極工作部分寬度為20-100微米，連接部分寬度為200-500微米。
3.一種制備權(quán)利要求1或2所述電化學(xué)檢測-微流控芯片的方法，其主要步驟為a)制作硅橡膠聚二甲基硅氧烷軟模板用于制作微流控通道和軟模板的硬模板通過光刻法制作，采用涂有光刻膠的鉻版玻璃為原材料，繪制微流控芯片流路和電極圖案并將其打印到軟膠片上，以其為掩模板，曝光，顯影，以150-200克/升硝酸鈰銨、30-50毫升/升醋酸或120-180克/升硝酸鈰銨，10-20毫升/升硝酸溶液去除露出的鉻層，以殘留的光膠和鉻層為掩護(hù)，使用12-30克/升氫氟酸、20-30克/升氟化銨或10-20克/升氫氟酸、10-20克/升硝酸溶液的對玻璃腐蝕15-25分鐘，制作出微圖案，得到硬模板；將硅橡膠聚二甲基硅氧烷單體與固化劑按10∶1的比例混合，經(jīng)真空泵抽真空脫氣，去除交聯(lián)反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體，再傾倒于玻璃硬模板上，在60-70攝氏度加熱1.5-2小時，使其固化；完成后，將已交聯(lián)的硅橡膠聚二甲基硅氧烷層從硬模板上剝離，即得到微流控芯片所需的微溝道和制作電極的軟模板，通道末端用2-5毫米的打孔器打孔，作為儲液池；b)選擇性粗化將步驟a制得的硅橡膠聚二甲基硅氧烷軟模板與載玻片貼合，形成微流控通道，在通道末端儲液池滴加少量2-4％的硅酸鈉溶液，溶液在毛細(xì)作用下進(jìn)入微流控通道，并將其充滿，去除多余溶液；將基片連同硅橡膠聚二甲基硅氧烷室溫靜置6-8小時，使通道中溶液自然干燥；揭去硅橡膠聚二甲基硅氧烷模板，硅酸鈉留在基片上，將基片于加熱爐內(nèi)150-250攝氏度加熱20-40分鐘，使該部分硅酸鈉固化成型；c)化學(xué)鍍化學(xué)鍍采用亞錫離子為敏化劑敏化2-5分鐘，銀銨溶液為活化劑活化2-4分鐘，以生成的銀顆粒為催化中心，進(jìn)行化學(xué)鍍銅；鍍銅在含5-8克/升硫酸銅、2.5-3克/升氯化鎳、28-35毫升/升福爾馬林、6-12克/升氫氧化鈉、20-35克/升酒石酸鉀鈉的溶液中，攪動30-45分鐘，得到如軟模板圖案的銅膜，膜厚100-300納米，該銅膜為電化學(xué)檢測用的銅電極；d)微流控芯片-電化學(xué)檢測系統(tǒng)將含微溝道的硅橡膠聚二甲基硅氧烷基片與載玻片上的電極條對齊，形成可逆鍵合，組成電化學(xué)檢測-微流控芯片。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述敏化劑為10-20克/升氯化亞錫。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述敏化劑為在氯化亞錫中添加鹽酸和錫金屬顆粒。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述活化劑為1-3克/升銀銨溶液。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟c所述的銅層為基礎(chǔ)，使用由2.5-3.5克/升亞硫酸金鈉，15-20克/升亞硫酸鈉，40-60毫升/升福爾馬林組成的鍍金液，攪動20-40分鐘，以銅為催化劑，得到厚150-300納米的金膜，可作為電化學(xué)檢測的金電極。
8.一種對上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極進(jìn)行再生的方法，電極失活后，揭開硅橡膠聚二甲基硅氧烷層，用腐蝕液將載玻片上電極去除，洗凈后，重新進(jìn)行化學(xué)鍍。
全文摘要
一種電化學(xué)檢測－微流控芯片，將含微溝道的硅橡膠聚二甲基硅氧烷基片與載玻片上的電極條對齊，形成微流控通道，微通道出口與檢測電極之間距離為20－60微米，電化學(xué)檢測為柱端檢測模式。所述微流控通道的寬度為20－100微米，電極工作部分寬度為20－100微米，連接部分寬度為200－500微米。本發(fā)明以商品化的鉻板玻璃為材料，通過光刻和濕法腐蝕工藝制作出玻璃硬模板，用于PDMS的模塑成型，制得組成微流控芯片所需的微通道和用于制作電極的軟模板。該玻璃硬模板在操作中可反復(fù)使用，制作的PMDS微溝道尺寸均一、形狀重現(xiàn)性好。
文檔編號C12Q1/68GK1470867SQ0314505
公開日2004年1月28日 申請日期2003年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者汪爾康, 嚴(yán)吉林, 楊秀榮 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所