專利名稱：聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生物、化學(xué)分析的聚二甲基硅氧烷(PDMS)夾心式微流體生物芯片。特別是用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)和毛細(xì)管電泳的PDMS夾心式微流體生物芯片、診斷芯片以及微全分析系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
生物芯片技術(shù)是隨著人類基因組研究的深入在90年代初期發(fā)展起來的一種新興的生化分析技術(shù)，它的應(yīng)用范圍涉及到了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、疾病診斷、新藥開發(fā)、食品、環(huán)保等在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域。生物芯片技術(shù)作為新一代生物技術(shù)，由于它從根本上改變目前生物學(xué)和生物技術(shù)的觀念和效率，它將是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有深遠(yuǎn)意義的科學(xué)技術(shù)革命。自從生物芯片技術(shù)出現(xiàn)以來，就引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，世界許多著名的公司，包括摩托羅拉、安捷倫、惠普、日立等都紛紛介入了這一領(lǐng)域的研發(fā)，并都有成功的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。1998年美國(guó)《財(cái)富》雜志載文指出，在20世紀(jì)科技史上有兩件事影響深遠(yuǎn)，一是微電子芯片，它是計(jì)算機(jī)和許多家電的心臟，它改變了我們的經(jīng)濟(jì)和文化生活，并已進(jìn)入每一個(gè)家庭；另一件事就是生物芯片，它將改變生命科學(xué)的研究方式，革新醫(yī)學(xué)診斷和治療，極大地提高人口素質(zhì)和健康水平。
在當(dāng)前的微流體生物芯片技術(shù)中，許多新技術(shù)和新材料得到了發(fā)展和應(yīng)用，其中硅片、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等材料是目前國(guó)際上常用的構(gòu)建微流體生物芯片的基底材料。利用當(dāng)前業(yè)已成熟的微電子技術(shù)，根據(jù)不同材料的理化性質(zhì)，可以在上述的基底材料上加工出各種微流體溝道網(wǎng)絡(luò)，如寬度為30-500um；深度為10-200um的微電泳溝道等。硅材料因?yàn)榫哂胁煌腹庑砸约鞍雽?dǎo)體特性，其應(yīng)用已經(jīng)受到限制。玻璃和石英材料由于具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性質(zhì)，并且其表面化學(xué)已經(jīng)研究得非常透徹，所以它們成了發(fā)展微流體生物芯片的首選材料。但是，由于它們的加工成本高、需要潔凈的實(shí)驗(yàn)間，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程一直進(jìn)展得很緩慢。而PDMS、PMMA等聚合材料由于材料成本低，加工制作簡(jiǎn)單，代表了未來微流體生物芯片發(fā)展的方向，目前已成為研究的熱點(diǎn)和前沿。硅橡膠PDMS是一種能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，且生物兼容的彈性材料，通常它由PDMS單體和一種聚合催化劑按一定的比例在60-80℃的溫度下聚合而成，與其他聚合物材料相比，它的制作成本更低、其加工工藝更為靈活和簡(jiǎn)單，但是作為構(gòu)建微流體生物芯片的最佳基底材料，它也有許多弱點(diǎn)(1)天然的PDMS材料表面是疏水的，這給向芯片中灌注液體帶來了很大的困難，特別是粘稠度較大的液體。(2)彈性是PDMS材料固有的物理特性，盡管在微加工過程中這一特性起到了積極的作用，但由于彈性的存在，PDMS芯片的微溝道更容易發(fā)生彈性形變，所以芯片不能承受高壓力。(3)較低的散熱能力，與玻璃、石英等微流體生物芯片加工材料相比，PDMS材料的熱導(dǎo)系數(shù)κ比它們低5-6倍(通常情況下，PDMS的熱導(dǎo)系數(shù)κ＝0.15Wm-1K-1，玻璃的熱導(dǎo)系數(shù)κ＝0.7-1.0Wm-1K-1)，而對(duì)于要在上面實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)的微流體生物芯片而言，材料的散熱性是至關(guān)重要的，特別是對(duì)于與溫度密切相關(guān)的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)和毛細(xì)管電泳微流體生物芯片來說，更是如此。
目前國(guó)際上主要采用注模法加工PDMS微流體生物芯片，利用該方法通常可以得到兩種形式的芯片結(jié)構(gòu)(1)一種是全PDMS微流體生物芯片，指把一塊通過注模法得到的印有微溝道網(wǎng)絡(luò)的PDMS與另一塊平整的PDMS粘貼在一起，形成密封的、柔性微流體芯片，即PDMS-PDMS兩層結(jié)構(gòu)，芯片的剖面示意圖如圖1所示；(2)另一種是混合PDMS微流體生物芯片，指把一塊印有微溝道網(wǎng)絡(luò)的PDMS與另一塊平整的剛性材料(包括硅片、玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯)粘貼在一起，得到有一定剛性的芯片，如PDMS-玻璃兩層結(jié)構(gòu)，芯片的剖面示意圖如圖2所示。在PDMS芯片的密封技術(shù)上，目前國(guó)際上也有兩種方法(1)一種是可逆密封，即指把印有微溝道網(wǎng)絡(luò)的PDMS與另一塊潔凈的平板材料(包括玻璃、PDMS、PMMA等等)直接粘貼在一起；(2)另一種是不可逆密封，即指首先對(duì)印有微溝道網(wǎng)絡(luò)的PDMS的表面進(jìn)行等離子體氧化處理，然后再與另一塊潔凈的平板材料(包括玻璃、PDMS、PMMA等等)粘貼在一起。然而上述的兩種芯片結(jié)構(gòu)和兩種密封方法都有各自的缺點(diǎn)，全PDMS微流體生物芯片由于具有天然的柔性，芯片容易發(fā)生形變，實(shí)驗(yàn)操作起來須格外小心，而且散熱性很差；混合PDMS微流體生物芯片盡管其剛性明顯增強(qiáng)，但其供實(shí)驗(yàn)操作的界面依然是具有彈性的PDMS，而且其散熱性仍未能得到很好的改善。可逆密封可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要任意拆洗芯片，但當(dāng)反復(fù)多次拆洗后，芯片的密封效果明顯降低，特別值得注意的是，可逆密封后得到的上述兩種芯片都不能承受太高的壓力，這給液體的灌注帶來了新的挑戰(zhàn)；不可逆密封得到的芯片盡管能夠承受高壓，而且其表面顯示了良好的親水特性，但是，這種親水性維持的時(shí)間不是很長(zhǎng)(一般為3-24小時(shí)不等)，此外，不可逆密封給這種疏水芯片的實(shí)驗(yàn)清洗帶來了極大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述問題的存在，本發(fā)明的目的是提供一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，能承受高壓、散熱性好、密封效果佳、成本低、操作界面友好、可重復(fù)使用。
本發(fā)明一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于，包括一聚二甲基硅氧烷層，該聚二甲基硅氧烷層上形成有一液體流通槽；一下襯底，該下襯底與聚二甲基硅氧烷層的一面結(jié)合在一起；一聚二甲基硅氧烷片，該聚二甲基硅氧烷片與聚二甲基硅氧烷層的另一面結(jié)合在一起；一上蓋片，該上蓋片與聚二甲基硅氧烷片的另一面結(jié)合在一起。
其中所述的下襯底、上蓋片是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
本發(fā)明一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于，包括一聚二甲基硅氧烷層，該聚二甲基硅氧烷層上形成有一液體流通槽；一下襯底，該下襯底與聚二甲基硅氧烷層的一面結(jié)合在一起；一上蓋片，該上蓋片與聚二甲基硅氧烷層的另一面結(jié)合在一起。
其中所述的下襯底、上蓋片是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是現(xiàn)有的PDMS生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的另一PDMS生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的PDMS夾心式微流體生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的另一PDMS夾心式微流體生物芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖3所示，本發(fā)明一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，包括一聚二甲基硅氧烷層11，該聚二甲基硅氧烷層11上形成有一液體流通槽111；一下襯底12，該下襯底12與聚二甲基硅氧烷層11的一面結(jié)合在一起；
一聚二甲基硅氧烷片13，該聚二甲基硅氧烷片13與聚二甲基硅氧烷層11的另一面結(jié)合在一起；一上蓋片10，該上蓋片10與聚二甲基硅氧烷片13的另一面結(jié)合在一起。
其中所述的下襯底12、上蓋片10是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
請(qǐng)參閱圖4所示，是本發(fā)明的另一實(shí)施例，本發(fā)明一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于，包括一聚二甲基硅氧烷層11，該聚二甲基硅氧烷層11上形成有一液體流通槽111；一下襯底12，該下襯底12與聚二甲基硅氧烷層11的一面結(jié)合在一起；一上蓋片10，該上蓋片10與聚二甲基硅氧烷層11的另一面結(jié)合在一起。
其中所述的下襯底12、上蓋片10是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
以上說明了本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并不局限于以上所述的具體實(shí)施例，凡是符合本發(fā)明主旨的各種PDMS夾心式微流體芯片，都應(yīng)該認(rèn)為包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于，包括一聚二甲基硅氧烷層，該聚二甲基硅氧烷層上形成有一液體流通槽；一下襯底，該下襯底與聚二甲基硅氧烷層的一面結(jié)合在一起；一聚二甲基硅氧烷片，該聚二甲基硅氧烷片與聚二甲基硅氧烷層的另一面結(jié)合在一起；一上蓋片，該上蓋片與聚二甲基硅氧烷片的另一面結(jié)合在一起。
2.一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于，包括一聚二甲基硅氧烷層，該聚二甲基硅氧烷層上形成有一液體流通槽；一下襯底，該下襯底與聚二甲基硅氧烷層的一面結(jié)合在一起；一上蓋片，該上蓋片與聚二甲基硅氧烷層的另一面結(jié)合在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于其中所述的下襯底、上蓋片是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，其特征在于其中所述的下襯底、上蓋片是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
全文摘要
本發(fā)明一種聚二甲基硅氧烷夾心式微流體生物芯片，包括一聚二甲基硅氧烷層，該聚二甲基硅氧烷層上形成有一液體流通槽；一下襯底，該下襯底與聚二甲基硅氧烷層的一面結(jié)合在一起；一聚二甲基硅氧烷片，該聚二甲基硅氧烷片與聚二甲基硅氧烷層的另一面結(jié)合在一起；一上蓋片，該上蓋片與聚二甲基硅氧烷片的另一面結(jié)合在一起。本發(fā)明的生物芯片具有能承受高壓、散熱性好、密封效果佳、成本低、操作界面友好、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/26GK1576372SQ0314367
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者崔大付, 劉長(zhǎng)春 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所