專利名稱：用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于生物化學(xué)分析的集成毛細(xì)管電泳芯片的制備方法。
背景技術(shù)：
九十年代以來毛細(xì)管電泳技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在短短數(shù)年間完成從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)到商用技術(shù)，從小分子分析到生物大分子分析，從簡單的分離模式到多種分離模式和技術(shù)，從大型儀器到微型化的幾步飛躍。基于毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的集成毛細(xì)管電泳芯片(integrated capillaryelectrophoresis chip，ICEC)是結(jié)合生物技術(shù)、微電子技術(shù)及MEMS技術(shù)把各種通道、電極槽、檢測(cè)流動(dòng)池等集成在同一個(gè)基片(硅片、玻璃或有機(jī)玻璃)內(nèi)的超高速電泳儀?，F(xiàn)階段所制作而成的芯片多采用以玻璃為襯底的標(biāo)準(zhǔn)的微電子加工工藝過程，即光刻→腐蝕→打通孔→鍵合。工藝過程相對(duì)復(fù)雜，成品率低，成本相對(duì)較高。
近年來，有機(jī)玻璃(polymethylmethacrylate，PMMA)以其造價(jià)低，加工容易在毛細(xì)管電泳芯片領(lǐng)域占有的比例愈來愈大，也是ICEC的主要發(fā)展方向。有機(jī)玻璃的化學(xué)名稱為聚甲基丙烯酸甲酯(CH2CH3(CO)2CH3)n，是由單體聚甲基丙烯酸甲酯聚合而成，由于其透光性很好(可透過90％以上的太陽光，透過紫外線的能力達(dá)73％)，可和普通硅酸鹽無機(jī)玻璃比擬；有機(jī)玻璃是熱塑性塑料，它的首要性能特點(diǎn)是重量輕，相對(duì)密度為1.19，其重量僅為無機(jī)玻璃的一半，為鋁的43％；其次是其機(jī)械強(qiáng)度高，這是由于它帶有支鏈的線型高聚物，即有柔軟的大分子鏈段的緣故，它的拉伸強(qiáng)度為60～70MPa，沖擊強(qiáng)度為1.2～1.37MPa/cm2，是無機(jī)玻璃的7～18倍；最后，有機(jī)玻璃具有一定的耐熱性，在溫度140℃時(shí)開始軟化。目前利用有機(jī)玻璃制作生物化學(xué)分析的集成毛細(xì)管電泳芯片的方法主要有注塑法、金屬絲印模法、硅片印制法、激光燒蝕法。注塑法，是先用硅片的制作方法制成一塊負(fù)板，然后利用此負(fù)片制成一個(gè)鉻的母板，再利用此母板制出子板，最后再利用該子板作模子，用注塑的方法制出許多塑料芯片來。粘合溫度為105℃，時(shí)間為5分鐘，粘合劑為Mylar(Top Flight Monokote，Champaign，IL)，厚度為2mm；金屬絲印模法，是將長約為20cm，直徑為13-25μm的Ni-Cr合金的兩端固定在一金屬弓上，使之繃緊，放在事先用防靜電刷刷干凈的寬2cm、長10cm、厚1.6cm的PMMA片上，金屬絲上也加上一個(gè)載玻片，然后用兩個(gè)鋁塊將兩個(gè)載玻片完全蓋上，夾緊鋁塊，放入爐中，在105℃時(shí)加熱10min，使金屬絲在PMMA上形成槽后取出整塊冷卻，取掉鋁塊及載玻片后，撥出金屬絲，底板與蓋板在108℃粘合，時(shí)間10min；硅片印制法，是將制成的硅負(fù)片置于兩個(gè)光滑的鋁片之間，在硅片和鋁片之間放入用防靜電刷刷干凈的PMMA片，然后同樣用鋁片夾緊，加熱到135℃，5min后取出冷卻，粘合過程采用熱方式，如前所述；激光燒蝕法，是將高強(qiáng)度的激光從掩膜上射向PMMA上，瞬間在特定位置燒蝕成所需的形狀，再參照前述方法，將蓋板與底片粘合。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種工藝過程簡單、有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量的用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(1)芯片的襯底材料為有機(jī)玻璃；(2)將有機(jī)玻璃放在微溝道加工機(jī)上，用刻劃刀頭在有機(jī)玻璃襯底上亥劃出微溝道；(3)對(duì)微溝道進(jìn)行表面處理將2～4∶1的三氯甲烷與冰醋酸的混合溶液注入微溝道中，至溶液揮發(fā)對(duì)微溝道表面進(jìn)行光滑處理，用5～15％丙烯酸的水溶液進(jìn)行接枝處理5-15分鐘，用60～80％的N-甲基硅油與20～40％的乙酸乙酯混合物進(jìn)行改性處理5～20分鐘，放置12～24小時(shí)進(jìn)行陳化處理；(4)在加工完成微溝道的芯片上打通孔，孔徑在0.3～2mm之間；(5)將加工處理好的芯片與另一塊有機(jī)玻璃用5～7∶1～2∶1的三氯甲烷、冰醋酸和乙醇的混合溶液進(jìn)行粘接，制成產(chǎn)品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、采用有機(jī)玻璃作為加工襯底材料，較以用玻璃為襯底材料的芯片在材質(zhì)的選用上具有較高性價(jià)比；2、采用機(jī)械加工方法進(jìn)行微溝道的加工，溝道的尺寸及形狀可控，且可按需求更改圖形的形狀，較以光刻制版法更加方便靈活，成本大大降低；3、在同一片有機(jī)玻璃上面加工微溝道及打通孔工藝，另一片有機(jī)玻璃上面不做其他加工工藝，降低了對(duì)準(zhǔn)難度；4、在溝道內(nèi)部注入溶液，隨溶液的揮發(fā)溝道表面也變得光滑，提高了溝道內(nèi)流體流動(dòng)的流平性，溝道表面光滑，可以提高電泳的分離效果。對(duì)表面進(jìn)行接枝改性，降低表面能，提高反應(yīng)惰性。5、該制備方法不需要復(fù)雜的工藝設(shè)備，加工工藝過程簡化，制作成本降低，加工成品率高。


圖1為實(shí)施例1中直溝道芯片加工圖；圖2為實(shí)施例2中彎角轉(zhuǎn)彎形彎溝道芯片加工圖3是微溝道加工機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
(四)具體實(shí)施方案下面舉例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述實(shí)施例1本實(shí)施例是加工圖1中所示的簡單的直溝道形式。首先將有機(jī)玻璃加工成所需要的芯片尺寸，例如25*50mm2，用去離子水超聲清洗表面；用微溝道加工儀進(jìn)行直溝道的加工。結(jié)合圖3，微溝道加工儀的組成包括基座3，安裝在基座上的刀頭支架1、X向工作臺(tái)6、Y向工作臺(tái)5，安裝在刀頭支架上的滑刻刀頭7，滑刻刀頭上帶有Z向調(diào)節(jié)鈕8，X向工作臺(tái)上帶有X向調(diào)節(jié)鈕2、Y向工作臺(tái)上帶有Y向調(diào)節(jié)鈕4。在芯片襯底上利用微溝道加工儀X軸控制橫向位移，Y軸控制縱向位移，Z軸控制劃刻深度，加工出深30μm，寬100μm的微溝道；對(duì)劃刻后的有機(jī)玻璃芯片襯底表面進(jìn)行處理首先利用2∶1的三氯甲烷與冰醋酸的混合溶液對(duì)微溝道表面進(jìn)行光滑處理。在微溝道內(nèi)部注入溶液，隨溶液的揮發(fā)微溝道表面也變得光滑，以提高溝道內(nèi)流體流動(dòng)的流平性；另一方面，對(duì)表面進(jìn)行接枝、改性，降低表面能，提高反應(yīng)惰性。具體改性如下(1)用8-10％丙烯酸的水溶液處理10分鐘。(2)用70％的N-甲基硅油與30％的乙酸乙酯的混合物處理15分鐘；(3)陳化放置20～24小時(shí)；加工制作完微溝道后，在芯片上打孔，作為進(jìn)樣池、緩沖樣池、廢液池、樣品回收池。先用半徑為0.5mm的鉆頭打通，再用半徑為1.0mm的鉆頭鉆有機(jī)玻片厚度的一半，這樣是可以滿足插移液管的要求，并保證密封條件；粘接處理，進(jìn)行溝道的封閉(1)表面處理采用超聲波清洗，用電子清洗劑DZ-1和DZ-2分別配置1#和2#洗液，采用標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝進(jìn)行，然后將芯片襯底放入烘箱，在60℃溫度下把芯片烘干；(2)溶劑的涂布要做到平整、均勻，否則會(huì)由于收縮不均勻，在接口處產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；(3)粘接采用三氯甲烷等做粘接劑，將兩塊玻片粘合。
實(shí)施例2首先將有機(jī)玻璃加工成所需要芯片尺寸，例如25*50mm2，用去離子水超聲清洗表面；用微溝道加工儀進(jìn)行直溝道的加工，在芯片襯底上利用該儀器X軸控制橫向位移，Y軸控制縱向位移，Z軸控制劃刻深度，加工出深30μm，寬100μm的微溝道；對(duì)劃刻后的有機(jī)玻璃芯片襯底表面進(jìn)行處理
首先利用3∶1的三氯甲烷與冰醋酸的混合溶液對(duì)微溝道表面進(jìn)行光滑處理。在微溝道內(nèi)部注入溶液，隨溶液的揮發(fā)微溝道表面也變得光滑，以提高溝道內(nèi)流體流動(dòng)的流平性；另一方面，對(duì)表面進(jìn)行接枝、改性，降低表面能，提高反應(yīng)惰性。具體改性如下(1)用9％丙烯酸的水溶液處理15分鐘。(2)用60％的N-甲基硅油與40％的乙酸乙酯的混合物處理20分鐘；(3)陳化放置20小時(shí)；加工制作完微溝道后，在芯片上打孔，作為進(jìn)樣池、緩沖樣池、廢液池、樣品回收池。先用半徑為0.5mm的鉆頭打通，再用半徑為1.0mm的鉆頭鉆有機(jī)玻片厚度的一半，這樣是可以滿足插移液管的要求，并保證密封條件；粘接處理，進(jìn)行溝道的封閉(1)表面處理采用超聲波清洗，用電子清洗劑DZ-1和DZ-2分別配置1#和2#洗液，采用標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝進(jìn)行，然后將芯片襯底放入烘箱，在60℃溫度下把芯片烘干；(2)溶劑的涂布要做到平整、均勻，否則會(huì)由于收縮不均勻，在接口處產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；(3)粘接采用三氯甲烷等做粘接劑，將兩塊玻片粘合。
實(shí)施例3本實(shí)施例是加工圖2中所示的具有彎角轉(zhuǎn)彎形的彎溝道形式，與實(shí)施例1中加工過程基本相同，只在溝道加工過程中將溝道劃刻程序作相應(yīng)改變。
權(quán)利要求
1.一種用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法，其特征在于1.1芯片的襯底材料為有機(jī)玻璃；1.2將有機(jī)玻璃放在微溝道加工機(jī)上，用刻劃刀頭在有機(jī)玻璃襯底上刻劃出微溝道；1.3對(duì)微溝道進(jìn)行表面處理，1.3.1將2～4∶1的三氯甲烷與冰醋酸的混合溶液注入微溝道中，至溶液揮發(fā)對(duì)微溝道表面進(jìn)行光滑處理，1.3.2用5～15％丙烯酸的水溶液進(jìn)行接枝處理5-15分鐘，1.3.3用60～80％的N-甲基硅油與20～40％的乙酸乙酯混合物進(jìn)行改性處理5～20分鐘，1.3.4放置12～24小時(shí)進(jìn)行陳化處理；1.4在加工完成微溝道的芯片上打通孔，孔徑在0.3～2mm之間；1.5將加工處理好的芯片與另一塊有機(jī)玻璃用5～7∶1～2∶1的三氯甲烷、冰醋酸和乙醇的混合溶液進(jìn)行粘接，制成產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法，其特征在于所述的為溝道的幾何尺寸為寬度10～150μm，深度10～80μm，長度為30～300mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法，其特征在于所述的接枝處理的時(shí)間是10分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法，其特征在于所述的改性處理的時(shí)間是15分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生物化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法，其特征在于所述的改性處理的時(shí)間是15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種用于化學(xué)分析的毛細(xì)管電泳芯片的制備方法，首先在材質(zhì)上選用有機(jī)玻璃，采用機(jī)械劃刻儀進(jìn)行溝道加工，然后在加工完溝道的有機(jī)玻片上的相應(yīng)位置打通孔，再進(jìn)行溝道表面的光滑化以及表面改性處理，最后用有機(jī)溶劑將兩片有機(jī)玻璃進(jìn)行粘接處理，使溝道封閉。本發(fā)明的方法，制造成本低，易于大批量生產(chǎn)，工藝流程的簡單，提高了制造成品率。
文檔編號(hào)G01N27/447GK1437018SQ0311118
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者劉曉為, 霍明學(xué), 田麗, 王喜蓮, 藍(lán)慕杰, 陳偉平 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)