專利名稱：一種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，主微通道設(shè)有親水/疏水門控開關(guān)，通過光響應(yīng)性分子對(duì)微通道表面進(jìn)行改性，在可見光刺激下，微通道的表面形貌和化學(xué)構(gòu)型的可逆性變化導(dǎo)致表面浸潤(rùn)性的變化，控制液流體在微通道表面的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體流動(dòng)的控制的智能微閥，主要應(yīng)用于電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微流控分析芯片作為一種新型的分析平臺(tái)具有微型化、自動(dòng)化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，例如細(xì)胞生物學(xué)、分析化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)、司法鑒定和藥物合成篩選。在微流控分析芯片中，微量液體的精確進(jìn)樣是樣品處理和分析的關(guān)鍵，例如微流控芯片電泳分離、色譜分離、免疫分析中就需要這樣的操作，這是由于微流控分析芯片的特點(diǎn)就要對(duì)微觀尺度下的微流體進(jìn)行操作和控制，而作為操作和控制對(duì)象的流體量又極其微小，導(dǎo)致微流體的流動(dòng)特性與宏觀有很大的不同，在宏觀尺度下可以忽略的現(xiàn)象在微觀尺度下成為流體流動(dòng)的主要影響因素。近年來，在微流控分析芯片上如何實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體的驅(qū)動(dòng)和控制，已經(jīng)成為微流控分析芯片技術(shù)中的研究難題和熱點(diǎn)。對(duì)微流控芯片中微流體的驅(qū)動(dòng)和控制可通過微閥來實(shí)現(xiàn)。近年來，隨著微流控技術(shù)的發(fā)展和成熟，研發(fā)了很多方法和器件，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)微流控芯片中微流體的驅(qū)動(dòng)和控制，同時(shí)也存在一些局限性。在微閥研究方面，根據(jù)是否有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為有源和無源閥，有源閥如電磁微閥、靜電微閥、形狀記憶合金微閥、壓電微閥、熱氣動(dòng)微閥等，這類微閥可以實(shí)現(xiàn)閥的開/關(guān)，制動(dòng)性能好、密閉性高，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、難以實(shí)現(xiàn)芯片上的集成化。無源閥不需要外部動(dòng)力制動(dòng)，依靠閥兩側(cè)的壓力差來實(shí)現(xiàn)開關(guān)，其體積較小，但不能主動(dòng)進(jìn)行閥的開/關(guān)或切換。然而，常規(guī)技術(shù)很難在微通道中完成對(duì)微流體的智能驅(qū)動(dòng)和控制，因此，通過利用光來控制表面浸潤(rùn)性的變化從而驅(qū)動(dòng)和控制微流控芯片中的微流體，發(fā)展一種便捷、快速、高效、低成本的微流體驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)，應(yīng)是微流控芯片上微閥的研究方向之一，目前尚未有實(shí)質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，主微通道設(shè)有親水/疏水門控開關(guān)，通過光響應(yīng)性分子對(duì)微通道表面進(jìn)行改性，在可見光刺激下，微通道的表面形貌和化學(xué)構(gòu)型的可逆性變化導(dǎo)致表面浸潤(rùn)性的變化，控制液流體在微通道表面的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體流動(dòng)的控制的智能微閥，主要應(yīng)用于電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關(guān)領(lǐng)域。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，將各層微流控芯片對(duì)齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動(dòng)可控的微流控芯片。(4)在微通道進(jìn)行光響應(yīng)性分子對(duì)微通道的表面改性。(5)施加外場(chǎng)光源，微通道表面的浸潤(rùn)性從親水至疏水可調(diào)。本發(fā)明中，微流體流動(dòng)可控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。本發(fā)明中，基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥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，基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥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，基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥的微流控芯片的微通道是用光響應(yīng)性分子進(jìn)行表面修飾的。本發(fā)明中,基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥的微流控芯片的光響應(yīng)性分子在外場(chǎng)光照下產(chǎn)生親水和疏水性能的變化。本發(fā)明提出的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，操作簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)了微流體的智能驅(qū)動(dòng)和控制，極大降低了微流體驅(qū)動(dòng)和控制的成本，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，在電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關(guān)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1.基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥的微流控芯片的結(jié)構(gòu)不意圖。a.溶液入口，b.微流體控制通道(微閥)，c.光響應(yīng)親水修飾區(qū)域，d.光響應(yīng)疏水修飾區(qū)域，e.溶液出口。
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)和繪制微流體流動(dòng)可控的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，制成基于微流控芯片的智能微閥。將樣品溶液加入微流控芯片的進(jìn)樣注入孔，溶液在外置蠕動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入微通道中，在微通道的微閥區(qū)域，微通道表面的光響應(yīng)分子對(duì)外場(chǎng)光源進(jìn)行響應(yīng)，獲得親水開/關(guān)和疏水開/關(guān)的切換，最后實(shí)現(xiàn)了微閥對(duì)微流體流動(dòng)的智能控制。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、力口壓封合，制成基于微流控芯片的智能微閥。將樣品溶液加入微流控芯片的進(jìn)樣注入孔，溶液在外置蠕動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入微通道中，在微通道的微閥區(qū)域，微通道表面的光響應(yīng)分子對(duì)外場(chǎng)光源進(jìn)行響應(yīng)，獲得親水開/關(guān)和疏水開/關(guān)的切換，最后實(shí)現(xiàn)了微閥對(duì)微流體流動(dòng)的智能控制。
權(quán)利要求
1.一種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，主微通道設(shè)有親水/疏水門控開關(guān)，通過光響應(yīng)性分子對(duì)微通道表面進(jìn)行改性，在可見光刺激下，微通道的表面形貌和化學(xué)構(gòu)型的可逆性變化導(dǎo)致表面浸潤(rùn)性的變化，控制液流體在微通道表面的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體流動(dòng)的控制的智能微閥。
2.按權(quán)利要求1所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，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，將各層微流控芯片對(duì)齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動(dòng)可控的微流控芯片。
(4)在微通道進(jìn)行光響應(yīng)性分子對(duì)微通道的表面改性。
(5)施加外場(chǎng)光源，微通道表面的浸潤(rùn)性從親水至疏水可調(diào)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥的核心功能器件是微流控芯片，此芯片可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設(shè)計(jì)與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥的微結(jié)構(gòu)和微通道是通過數(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所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥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所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法,其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥可以在一塊芯片上制作多組微結(jié)構(gòu)和微通道，構(gòu)成多組控制單元，可選擇性控制微流體的流動(dòng)方向。
7.按權(quán)利要求1或2所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥在微通道表面進(jìn)行了光響應(yīng)性分子的表面修飾。
8.按權(quán)利要求1或2所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥通過光響應(yīng)性分子的自動(dòng)識(shí)別，在微通道表面進(jìn)行親水開/關(guān)和疏水開/關(guān)調(diào)控。
9.按權(quán)利要求1或2所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥可快速實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液的開/關(guān)。
10.按權(quán)利要求1或2所述的基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效，在電泳分離、色譜分離、免疫分析所涉及的眾多相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于微流控芯片的光響應(yīng)微閥及其制備方法，該微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，主微通道設(shè)有親水/疏水門控開關(guān)，通過光響應(yīng)性分子對(duì)微通道表面進(jìn)行改性，在可見光刺激下，微通道的表面形貌和化學(xué)構(gòu)型的可逆性變化導(dǎo)致表面浸潤(rùn)性的變化，控制液流體在微通道表面的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微流體流動(dòng)的控制的智能微閥，主要應(yīng)用于電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關(guān)領(lǐng)域。該微流控芯片實(shí)現(xiàn)了微流體的智能驅(qū)動(dòng)和控制，極大降低了微流體驅(qū)動(dòng)和控制的成本，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，為微流體的驅(qū)動(dòng)和控制提供了一種全新的分析技術(shù)。
文檔編號(hào)B01L3/00GK103062480SQ201210587019
公開日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)明者聶富強(qiáng), 葉嘉明, 沙俊, 王曉東 申請(qǐng)人:蘇州汶顥芯片科技有限公司