專利名稱：一種微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微滴流動可控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，在微通道表面原位制備了親水和疏水區(qū)域，樣品在緩慢通過微通道的區(qū)域吋，受親水和疏水區(qū)域的影響，親水微滴移動至親水區(qū)域，疏水微滴移動至疏水區(qū)域，從而實現(xiàn)微滴流動的智能控制，主要應(yīng)用于生物樣品分析、催化反應(yīng)和分離等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微滴的驅(qū)動與流動過程中的控制是流體微機電系統(tǒng)研究中的兩個關(guān)鍵問題，它與宏觀流體的驅(qū)動和流動控制存在著很大的不同，涉及到微尺度流體復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象，很多現(xiàn)象可以籠統(tǒng)地歸結(jié)為尺度效應(yīng)和表面效應(yīng)，研究者對微流體驅(qū)動和控制的流體力學(xué)基本問題和多種技術(shù)進行了總結(jié)和對比，從表面效應(yīng)的力學(xué)機制上綜述討論了近年來應(yīng)用調(diào)制法向和切向應(yīng)力，對均勻、帶化學(xué)處理條紋及拓撲結(jié)構(gòu)紋理表面上的微滴和微膜進行驅(qū)動的常用技術(shù)的基本原理。常規(guī)技術(shù)很難完成在微通道中對微滴進行驅(qū)動和控制，因此，發(fā)展一種便捷、快速、高效、低成本的微滴驅(qū)動和控制技術(shù)，是流體微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域的迫切需求。近年來，微流控芯片分析技術(shù)已成為分析化學(xué)中ー個重要的研究方向，無論是在科研還是應(yīng)用領(lǐng)域都獲得了廣泛的重視。微流控芯片作為ー種新型的分析檢測平臺，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，已在眾多領(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，依靠微通道表面的性能變化來實現(xiàn)微滴的流動可控，目前在流體微機電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域尚未有實質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種微滴流動可控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，在微通道表面原位制備了親水和疏水區(qū)域，樣品在緩慢通過微通道的區(qū)域吋，受親水和疏水區(qū)域的影響，親水微滴移動至親水區(qū)域，疏水微滴移動至疏水區(qū)域，從而實現(xiàn)微滴流動的智能控制，主要應(yīng)用于生物樣品分析、催化反應(yīng)和分離等相關(guān)領(lǐng)域。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟(I)用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計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，包括進樣孔、分離主通道和分離分通道。(3)將親水溶液涂敷在親水區(qū)域，進行微通道表面的親水處理。(4)將疏水溶液涂敷在疏水區(qū)域，進行微通道表面的疏水處理。(5)利用雙層粘性薄膜，將各層微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動可控的微流控芯片。
本發(fā)明中，微滴流動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，微滴流動可控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，微滴流動可控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カ致粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。本發(fā)明中，微滴流動可控的微流控芯片可以是2個入口，也可以是3、4、5個入口，出口數(shù)與入口數(shù)保持一致。本發(fā)明中，微滴流動可控的微流控芯片的微通道表面的親水處理的親水劑可以是非離子型表面活性劑聚山梨酯(吐溫Tween)-20、-40、60、80、失水山梨醇單月桂酸酯(司盤Span)-20、40、60、80、聚氧こ烯月桂醇醚(賣澤Myrj)-45、52、30、35、乳化劑OP(壬烷基酚聚氧こ烯醚縮合物)、乳百靈A(聚氧こ烯脂肪醇醚)、西士馬哥-1000 (聚氧こ烯與鯨蠟醇加成物)、普流羅尼(聚氧こ烯聚丙ニ醇縮合物)、單油酸甘油酯及單硬脂酸甘油酷，也可以是離子表面活性劑軟皂(鉀肥皂)、硬皂(鈉肥皂)、單硬脂酸鋁、硬脂酸鈣、油酸三こ醇胺、月桂醇硫酸鈉、鯨硬醇硫酸鈉、硫酸化蓖麻油、丁ニ酸ニ辛酯磺酸鈉。本發(fā)明中，本發(fā)明中，微滴流動可控的微流控芯片的微通道表面的疏水處理的疏水劑可以是十八硫醇，氟丙烯酸酯，丙烯酸全氟硅基こ基酷，也可以是全氟辛三氯甲硅膠。本發(fā)明提出的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，操作簡單、實現(xiàn)了微滴的智能驅(qū)動和控制，極大降低了微滴驅(qū)動和控制的成本，具有便攜、經(jīng)濟、快速、高效的特點，在生物樣品分析、催化反應(yīng)和分離等相關(guān)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1.微滴流動可控的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。a.樣品注入通道，b.親水和疏水區(qū)域，c.微滴驅(qū)動，d.微滴控制，e.微滴分離。
具體實施方案實施例1用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制微滴流動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，并用こ醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成微滴流動可控的微流控芯片。將含有親水微滴和疏水微滴的樣品溶液注入進樣注入孔，溶液在外置蠕動泵的驅(qū)動下進入表面具有親水和疏水區(qū)域的微通道，利用親水表面對親水微滴的表面作用カ以及疏水表面對疏水微滴的表面作用力，從而實現(xiàn)微滴在各自區(qū)域的流動，最后實現(xiàn)親水微滴和疏水微滴的分離。實施例2用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計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，并用こ醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、カロ壓封合，制成微滴流動可控的微流控芯片。將含有親水微滴和疏水微滴的樣品溶液注入進樣注入孔，溶液在外置蠕動泵的驅(qū)動下進入表面具有親水和疏水區(qū)域的微通道，利用親水表面對親水微滴的表面作用カ以及疏水表面對疏水微滴的表面作用力，從而實現(xiàn)微滴在各自區(qū)域的流動，最后實現(xiàn)親水微滴和疏水微滴的分離。
權(quán)利要求
1.一種微滴流動可控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，在微通道表面原位制備了親水和疏水區(qū)域，樣品在緩慢通過微通道的區(qū)域吋，受親水和疏水區(qū)域的影響，親水微滴移動至親水區(qū)域，疏水微滴移動至疏水區(qū)域，從而實現(xiàn)微滴流動的智能控制。
2.按權(quán)利要求1所述的微滴流動可控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)用計算機輔助設(shè)計軟件設(shè)計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，包括進樣孔、分離主通道和分離分通道。
(3)將親水溶液涂敷在親水區(qū)域，進行微通道表面的親水處理。
(4)將疏水溶液涂敷在疏水區(qū)域，進行微通道表面的疏水處理。
(5)利用雙層粘性薄膜，將各層微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動可控的微流控芯片。
3.按權(quán)利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控芯片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)計與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控芯片上的微結(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，尺寸在微米級別。
5.按權(quán)利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控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所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控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)成多組分離単元，可同時分離多組親水微滴和疏水微滴的混合溶液，提高了単位時間的平行分離能力。
7.按權(quán)利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控芯片通過微通道表面進行親水和疏水化處理，形成親水和疏水區(qū)域進行微滴的智能驅(qū)動與控制。
8.按權(quán)利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控芯片可快速實現(xiàn)對親水微滴和疏水微滴的分離，親水微滴和疏水微滴到達特定區(qū)域。
9.按權(quán)利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種微滴流動可控芯片具有便攜、經(jīng)濟、快速、高效、平行分離能力高、在生物樣品分析、催化反應(yīng)和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)明涉及一種微滴流動可控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，在微通道表面原位制備了親水和疏水區(qū)域，樣品在緩慢通過微通道的區(qū)域時，受親水和疏水區(qū)域的影響，親水微滴移動至親水區(qū)域，疏水微滴移動至疏水區(qū)域，從而實現(xiàn)微滴流動的智能控制，主要應(yīng)用于生物樣品分析、催化反應(yīng)和分離等相關(guān)領(lǐng)域。該微流控芯片實現(xiàn)了微滴的智能驅(qū)動和控制，操作簡單，極大降低了微滴驅(qū)動和控制的成本，具有便攜、經(jīng)濟、快速、高效的特點，為微滴的驅(qū)動和控制提供了一種全新的分析技術(shù)。
文檔編號B01L3/00GK103055982SQ20121058965
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者葉嘉明, 沙俊, 王曉東, 聶富強 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司