專利名稱：一種油水分離的微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油水分離的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié) 構(gòu)和微通道，在微通道的左右兩側(cè)分別進(jìn)行親水和親油修飾，在電場(chǎng)的作用下，油水混合溶 液發(fā)生破乳，水往親水側(cè)移動(dòng)，油往親油側(cè)移動(dòng)，最后實(shí)現(xiàn)油水分離，主要應(yīng)用于變壓器油、 發(fā)電廠透平油、海上原油泄漏事故處理、油田落地油、海上鉆井平臺(tái)浮油、鋼鐵廠平流油、煉 油廠大量含油廢水等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代后期，為了建立更類似于體內(nèi)環(huán)境的培養(yǎng)體系，盡可能使體外環(huán)境 與體內(nèi)環(huán)境相吻合，從而使細(xì)胞間能相互溝通信息，相互支撐生長(zhǎng)增殖，人們?cè)诩?xì)胞培養(yǎng)技 術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出了細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)。細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)是將2種或2種以上的細(xì)胞共同培 養(yǎng)于同一環(huán)境中，由于其具有更好地反映體內(nèi)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，所以這種方法被廣泛應(yīng)用于現(xiàn) 代細(xì)胞研究中。
目前，細(xì)胞共培養(yǎng)技術(shù)最多應(yīng)用于骨細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞。細(xì)胞共培養(yǎng)體系主要通過(guò) 兩種方法建立①直接共培養(yǎng)體系，即將2種或2種以上的細(xì)胞同時(shí)或分別接種于同一孔 中，不同種類的細(xì)胞之間直接接觸；②間接共培養(yǎng)體系，即將2種或2種以上的細(xì)胞分別接 種于不同的載體上，然后將這兩種載體置于同一培養(yǎng)環(huán)境之中，使不同種類的細(xì)胞共用同 一種培養(yǎng)體系而不直接接觸。
共培養(yǎng)體系主要作用誘導(dǎo)細(xì)胞向另一種細(xì)胞分化；誘導(dǎo)細(xì)胞自身分化；維持細(xì) 胞功能和活力；調(diào)控細(xì)胞增殖；促進(jìn)早期胚胎發(fā)育和提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量。從上世紀(jì)30年代 開(kāi)始，細(xì)胞培養(yǎng)逐漸成為研究人員實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可缺少的重要步驟，其載體工具培養(yǎng)皿/ 培養(yǎng)瓶也逐步被大家所認(rèn)可，成為了一種常規(guī)的實(shí)驗(yàn)耗材。雖然到目前為止，很多科學(xué)家認(rèn) 為培養(yǎng)皿/培養(yǎng)瓶的這種體外培養(yǎng)條件與體內(nèi)生長(zhǎng)環(huán)境有著顯著的不同,但是由于沒(méi)有更 好的培養(yǎng)載體來(lái)改變這個(gè)現(xiàn)狀，所以生物學(xué)家們也只能退而求次的默認(rèn)這種情況的存在。 但是近來(lái)，一種Petaka細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的問(wèn)世，獲得美國(guó)、歐洲廣大生物科學(xué)家的青睞，培養(yǎng) 皿/培養(yǎng)瓶的一些致命缺陷又再一次被提及，成為研究人員熱烈討論的話題之一。
常規(guī)的細(xì)胞培養(yǎng)皿很難完成多種細(xì)胞的共培養(yǎng)，因此，發(fā)展一種便捷、快速、高效、 低成本的多細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，是細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域的迫切需求。近年來(lái)，微流控芯片分析技術(shù) 已成為分析化學(xué)中一個(gè)重要的研究方向，是其中最活躍的一支，無(wú)論是在科研還是應(yīng)用領(lǐng) 域都獲得了廣泛的重視。微流控芯片作為一種新型的分析檢測(cè)平臺(tái)，具有高通量、集成化、 多重平行分析、便攜式、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，采 用微流控芯片，在其表面制備微結(jié)構(gòu)和微通道，依靠微通道中多層液體之間的層流效應(yīng)驅(qū) 動(dòng)樣品微流體，同時(shí)完成多種細(xì)胞的植入技術(shù)，目前在多種細(xì)胞共培養(yǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域尚未有 實(shí)質(zhì)性的突破。
多種細(xì)胞共培養(yǎng)微流控芯片能將2種或2種以上的細(xì)胞共同培養(yǎng)于同一環(huán)境中， 能更真實(shí)地反映人體組織細(xì)胞之間的互相影響，有利于實(shí)驗(yàn)者觀察細(xì)胞與細(xì)胞之間互相作用，特別是多個(gè)細(xì)胞對(duì)一個(gè)細(xì)胞的影響，也有利于快速篩選新藥的療效和毒性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種油水分離的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片 表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，在微通道的左右兩側(cè)分別進(jìn)行親水和親油修飾，在電場(chǎng)的作用下， 油水混合溶液發(fā)生破乳,水往親水側(cè)移動(dòng),油往親油側(cè)移動(dòng),最后實(shí)現(xiàn)油水分離。微流控芯 片由刻有微米級(jí)別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和粘性薄膜封合而成，微結(jié)構(gòu)和微通道通過(guò)微 加工技術(shù)制備。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟
(I)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道 圖形。
(2)通過(guò)微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結(jié)構(gòu) 和微通道，包括進(jìn)樣孔、分離主通道和分離分通道。
(3)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片對(duì)齊、粘合、加壓封合，組成油水 分離的微流控芯片。
(4)將油水混合溶液從樣品池加入，施加一定電場(chǎng)，使油水混合溶液進(jìn)行破乳。
(5)溶液迅速破乳后，利用親水和親油界面的同性相吸原理，完成油水的分離。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、銅、鋁、不 銹鋼、硅片、玻璃圓片，也可是市售的各類普通CD光盤(pán)。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片和粘性薄膜的微結(jié)構(gòu)和微通道可以通過(guò)數(shù)控銑 刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕制備，也可用軟刻蝕技術(shù)制備。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片是由兩層芯片組成，各層芯片之間用粘性薄膜 貼合，粘性薄膜可以是雙層力致粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片上的樣品溶液的驅(qū)動(dòng)依靠油水溶液儲(chǔ)液罐與進(jìn) 樣孔之間的液差所產(chǎn)生的重力。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片的油水破乳是依靠微通道兩側(cè)之間形成的電場(chǎng) 來(lái)完成的。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片的微通道兩側(cè)的表面分別進(jìn)行了親水和親油的 表面修飾。
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片進(jìn)行微通道表面修飾的親水劑是
本發(fā)明中，油水分離的微流控芯片進(jìn)行微通道表面修飾的親油劑是
本發(fā)明提出的油水分離的微流控芯片及其制備方法，操作簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)了油水混合 溶液的快速破乳和迅速分離，降低了試劑與樣品的用量，簡(jiǎn)化了分離過(guò)程，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、 快速、高效的特點(diǎn)，在油水分離的相關(guān)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1.油水分離的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
a.親水界面，b.親油界面，c.電場(chǎng)正極，d.電場(chǎng)負(fù)極，e.電源。具體實(shí)施方案
實(shí)施例1
用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結(jié)構(gòu)和微 通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備兩層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結(jié) 構(gòu)和微通道，分別用自來(lái)水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油 潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機(jī)加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道。將兩層芯片小心 對(duì)齊、粘合、加壓封合，制成油水分離的微流控芯片。將油水溶液儲(chǔ)液罐與進(jìn)樣注入孔相連， 利用液差加入待分離的油水混合溶液，施加電場(chǎng)，油水混合溶液在分離主通道迅速破乳，水 組分向親水界面移動(dòng)，油組分向親油界面移動(dòng)，最后實(shí)現(xiàn)油水分離。
實(shí)施例2
用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結(jié)構(gòu)和微 通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備兩層圓片狀聚碳酸酯(PC)芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道， 分別用自來(lái)水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在 雙面膠薄膜上，用刻字機(jī)加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道。將兩層芯片小心對(duì)齊、粘合、加 壓封合，制成油水分離的微流控芯片。將油水溶液儲(chǔ)液罐與進(jìn)樣注入孔相連，利用液差加入 待分離的油水混合溶液，施加電場(chǎng)，油水混合溶液在分離主通道迅速破乳，水組分向親水界 面移動(dòng)，油組分向親油界面移動(dòng)，最后實(shí)現(xiàn)油水分離。
權(quán)利要求
1.一種油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，在微通道的左右兩側(cè)分別進(jìn)行親水和親油修飾，在電場(chǎng)的作用下，油水混合溶液發(fā)生破乳,水往親水側(cè)移動(dòng),油往親油側(cè)移動(dòng),最后實(shí)現(xiàn)油水分離。微流控芯片由刻有微米級(jí)別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和粘性薄膜封合而成，微結(jié)構(gòu)和微通道通過(guò)微加工技術(shù)制備。
2.按權(quán)利要求1所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下(1)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。(2)通過(guò)微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括進(jìn)樣孔、分離主通道和分離分通道。(3)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片對(duì)齊、粘合、加壓封合，組成油水分離的微流控芯片。(4)將油水混合溶液從樣品池加入,施加一定電場(chǎng),使油水混合溶液進(jìn)行破乳。(5)溶液迅速破乳后，利用親水和親油界面的同性相吸原理，完成油水的分離。
3.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片以液差產(chǎn)生的重力作為油水混合溶液流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設(shè)計(jì)與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片上的微結(jié)構(gòu)和微通道是通過(guò)數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕、軟刻蝕技術(shù)的微加工方法在芯片基材表面制備，尺寸在微米級(jí)別。
5.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片是由兩層芯片疊加而成，構(gòu)成三維立體的微結(jié)構(gòu)和微通道網(wǎng)絡(luò)。
6.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片可以在一塊芯片上制作多組微結(jié)構(gòu)和微通道，構(gòu)成多組油水分離單元，可同時(shí)分離多組油水混合溶液，提高了單位時(shí)間的平行油水分離能力。
7.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片通過(guò)施加一定的電場(chǎng)完成分離主通道中油水混合溶液的破乳。
8.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片對(duì)分離主通道的兩側(cè)進(jìn)行了親水和親油修飾處理，利用同性相吸的原理，進(jìn)行油水分離。
9.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片適合油包水混合溶液和水包油混合溶液的油水分離。
10.按權(quán)利要求1或2所述的油水分離的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種油水分離芯片具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效、平行分離能力高、樣品交叉污染幾率小，在油水分離所涉及的眾多相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油水分離的微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，在微通道的左右兩側(cè)分別進(jìn)行親水和親油修飾，在電場(chǎng)的作用下，油水混合溶液發(fā)生破乳，水往親水側(cè)移動(dòng)，油往親油側(cè)移動(dòng)，最后實(shí)現(xiàn)油水分離，主要應(yīng)用于變壓器油、發(fā)電廠透平油、海上原油泄漏事故處理、油田落地油、海上鉆井平臺(tái)浮油、鋼鐵廠平流油、煉油廠大量含油廢水等相關(guān)領(lǐng)域。該微流控芯片實(shí)現(xiàn)了油水混合溶液的快速破乳與迅速分離，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，為油水分離領(lǐng)域提供了一種全新的分析技術(shù)。
文檔編號(hào)B01D17/022GK103055968SQ20121058689
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者沙俊 申請(qǐng)人:蘇州汶顥芯片科技有限公司