專利名稱：一種玻璃微納流控芯片、制作組裝方法及其輔助裝配裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納加工和生化分析領(lǐng)域，涉及一種玻璃微納流控芯片、制作組裝方法及其 輔助裝配裝置。具體的講，是通過電動(dòng)納流體效應(yīng)實(shí)現(xiàn)樣品富集、過濾、電泳的微納流控芯 片結(jié)構(gòu)組裝方法及裝置。
背景知識(shí)
以微通道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征的微全分析系統(tǒng)是上世紀(jì)末微納系統(tǒng)和生化分析相結(jié)合的產(chǎn)物 ，由于其在成本、效率、樣品耗量、檢測(cè)靈敏性、可集成性、可重復(fù)性等方面具有潛在優(yōu)勢(shì) ，有望取代流式細(xì)胞儀、質(zhì)譜儀、電泳儀等生化檢測(cè)儀器，可以大幅度降低生化檢測(cè)成本和 對(duì)高端設(shè)備的要求，對(duì)于改善不發(fā)達(dá)地區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生水平、大范圍水資源污染監(jiān)測(cè)、全球傳染 性疾病防治等問題具有重要意義。微流控芯片是具有廣闊應(yīng)用前景的微型生化分析系統(tǒng)，但 其特征尺寸僅為微米量級(jí)，限制了檢測(cè)樣品體積，樣品有效成分量的不足影響了檢測(cè)靈敏度 ，制約了微流控芯片的應(yīng)用和發(fā)展。在樣品進(jìn)入檢測(cè)環(huán)節(jié)前，采用富集技術(shù)對(duì)其樣品成分進(jìn) 行高倍"濃縮"，可以保證樣品精確測(cè)定，降低對(duì)檢測(cè)元器件的靈敏度要求。目前已存在多 種可用于富集或濃縮方法，包括基于場(chǎng)放大效應(yīng)的堆積富集、基于蒸發(fā)的濃縮以及固相萃取 等等。近期研究發(fā)現(xiàn)，納通道中流體雙電層重疊效應(yīng)會(huì)形成離子濃縮/耗盡，利用此現(xiàn)象不 僅可能實(shí)現(xiàn)百萬倍樣品富集，而且由于微納通道的幾何結(jié)構(gòu)和表面特性不易隨環(huán)境變化而變 化，有利于測(cè)試可重復(fù)性和穩(wěn)定性。因此，電驅(qū)動(dòng)下微納尺度流道中離子堆積的現(xiàn)象，可應(yīng) 用于研制新型高倍率富集器件。隨著微加工技術(shù)進(jìn)步，電動(dòng)微納流體器件的可加工性和成本 會(huì)有顯著改善。而采用電控方法控制富集指標(biāo)，控制方式靈活，與毛細(xì)管電泳/電滲驅(qū)動(dòng)等 控制方式兼容，有助于實(shí)現(xiàn)多功能和集成化的微納流控裝置。
從上世紀(jì)70年代起，美國和歐洲等對(duì)于微納流控技術(shù)的研究有許多，其中涉及到利用微 納流動(dòng)效應(yīng)在芯片上進(jìn)行樣品富集的專利，是"Hybrid microfluidic and nanofluidic system"，申請(qǐng)?zhí)?220345， US， 2006。該專利涉及的微納流控芯片采用三明治結(jié)構(gòu)，在基 片和蓋片上分別加工有彼此正交的微通道。在兩條微通道相交處夾一層具有微納孔隙的薄膜 實(shí)現(xiàn)微通道間的納通道連接。該專利適用于PDMS-玻璃或PMMA-MMA或PDM-PDMS等材料的微納 流控芯片制作，不需要套刻和對(duì)準(zhǔn)工藝，采用常溫或低溫鍵合，加工方法經(jīng)濟(jì)，在芯片上容 易獲得高比表面積的納米結(jié)構(gòu)。但由于所采用的夾心納米膜耐溫性有限，不能用于加工玻璃 一玻璃材料的微納流控芯片。另外，由于納米膜只在微通道相交處布置，在基片一薄膜和蓋
4片一薄膜周圍存在間隙，鍵合強(qiáng)度不高，容易引起泄露。
我國從1985年以來，國內(nèi)以微納流控進(jìn)行研究開發(fā)也取得了一些成就，如涉及到芯片上 樣品富集或試樣濃集的已批準(zhǔn)的專利微量試樣濃集方法及其裝置，專利授權(quán)號(hào)ZL 200410066752.4;還有兩項(xiàng)專利正在審査中，分別是 一種基于微納米結(jié)構(gòu)的樣品富集芯片 、制作方法及富集方法(申請(qǐng)?zhí)朇N200710036415.4)和玻璃微-納流控一體化芯片的制作 方法(申請(qǐng)?zhí)朇N200810062585.4)。授權(quán)專利"微量試樣濃集方法及其裝置"，該專利是 將試樣引入毛細(xì)通道內(nèi)，以氣體吹掃毛細(xì)通道出口，使通道內(nèi)液體蒸發(fā)，而原溶于液體內(nèi)的 溶質(zhì)在毛細(xì)通道出口附近得到濃集。其原理是通過溶劑蒸發(fā)提高樣品溶質(zhì)的濃度，與本申請(qǐng) 專利基于樣品電動(dòng)迀移的工作原理有根本性的不同。申請(qǐng)專利 一種基于微納米結(jié)構(gòu)的樣品 富集芯片、制作方法及富集方法和玻璃微-納流控一體化芯片的制作方法，其共同特征是
需要采用二次套刻-刻蝕技術(shù)，將微通道和納通道制作在同一塊玻璃基片上，然后利用鍵合 技術(shù)與另一塊無結(jié)構(gòu)的玻璃片封合。其富集的物理機(jī)制與本申請(qǐng)專利相同，但其加工方法是 采用濕法腐蝕工藝在同一塊石英玻璃上分兩步制作微納流控芯片，需要進(jìn)行二次光刻腐蝕( 包括勻膠、前烘、對(duì)準(zhǔn)套刻)，實(shí)驗(yàn)室需具備套刻功能的曝光機(jī)和高速勻膠機(jī)等設(shè)備，在同 一塊玻璃基片上分步制作微納結(jié)構(gòu)只能采用串行工藝流程，工藝周期較長(zhǎng)。
目前，公開發(fā)表文獻(xiàn)中涉及的微納流控芯片采用PDMS—PDMS、 PDMS-Si、 PDMS-玻璃材料 比較多，相應(yīng)的加工方法包括納米壓印、離子束銑削、電擊穿等，如文獻(xiàn)"Poly-Based Protein Preconcentration Using a Nanogap Generated by Junction Gap Breakdown" (Anal. Chem. 2007， 79， 6868-6873)發(fā)表了基于二甲基硅氧烷材料(PDMS)的微納流控芯片制 作方法，在PDMS片上加工最小平面距離100 — 500能的兩條微通道，用另一塊基片將通道封裝 ，然后通過在兩條微通道上施加電壓擊穿的方法獲得納米孔隙橋，從而得到微納復(fù)合芯片。 該方法只能用于具有一定孔隙度的聚合物材料(如PDMS)，電擊穿效果受微通道間隙及鍵合 強(qiáng)度制約，過長(zhǎng)的微通道間距和過高的鍵合強(qiáng)度都會(huì)影響擊穿效果。文獻(xiàn)"Efficient biomolecule pre-conceiitratioii by naiiofilter-triggered electrokinetic trapping"
(9th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, 2005)提出PDMS-氮化硅或玻璃一硅復(fù)合材料的微納流控芯片制作方法，采用犧牲 層腐蝕技術(shù)制作了納通道橋，其納通道最小深度可達(dá)40nm，重復(fù)性和精度較好，但該方法需 要制作氮化硅的化學(xué)氣相沉積等高端微電子加工設(shè)備，不適合條件普通的實(shí)驗(yàn)室。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可用于微量樣品富集的玻璃微納流控芯片、制作組
5裝方法及其輔助裝配裝置，避免在同一塊基片上二次套刻一顯影一腐蝕，降低對(duì)加工設(shè)備、 環(huán)境條件、操作者熟練程度的要求。本發(fā)明有利于實(shí)現(xiàn)低成本和批量化的微納流控芯片，并 且適合在只具備普通加工條件的實(shí)驗(yàn)室或企業(yè)開展。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的玻璃微納流控芯片由基片和蓋片組成，微通道和儲(chǔ)液池分布在蓋片上，納通道 陣列分布在基片上。該芯片包含一個(gè)或多個(gè)微納富集單元，可以用于高通量并行富集，各微 納富集單元富集區(qū)域和耗盡區(qū)域分布在同一直線上，便于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和自動(dòng)化檢測(cè)。每個(gè)微納 富集單元主要由兩條微通道、納通道陣列及儲(chǔ)液池等組成。在每條微通道起點(diǎn)和終點(diǎn)有儲(chǔ)液 池，微通道對(duì)稱分布互不相交，在微通道中間通過納通道陣列將兩條微通道橋接；納通道陣 列包含多條納通道，納通道長(zhǎng)度略長(zhǎng)于微通道間距，并與微通道在連接處正交，降低了裝配 對(duì)準(zhǔn)的精度要求。
本發(fā)明微納流控芯片制作方法包括微納通道成形和基片-蓋片組裝兩個(gè)步驟
(1) 微納通道成形采用濕法腐蝕實(shí)現(xiàn)，腐蝕液為HF: HN03: H20混合腐蝕液。具體步
驟為
光刻曝光強(qiáng)度10mW/cm2，光刻周期35s;顯影20s; 堅(jiān)膜120。C， 20min; 以光刻膠為掩膜，腐蝕鉻；
以鉻為掩膜刻蝕微納通道對(duì)微通道腐蝕，腐蝕液體積比為5HF: 10HN03: 85H20，刻蝕 時(shí)間為120min，深度為25ym;對(duì)納通道刻蝕腐蝕液體積比為2HF: 8麗03: 901120刻蝕速率 時(shí)間為10nm/s;
去膠去鉻。
(2) 基片-蓋片組裝包括對(duì)準(zhǔn)、預(yù)連接和鍵合三個(gè)步驟首先，利用微納流控芯片裝 配裝置實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)微通道與納通道陣列的橋接；其次，通過熱板烘烤，使部 分水分揮發(fā)，利用水分子極性與玻璃表面懸掛鍵相互作用實(shí)現(xiàn)具有一定強(qiáng)度的基片-蓋片預(yù) 連接，達(dá)到運(yùn)輸過程無位錯(cuò)移動(dòng)的目的，為將其移動(dòng)至熱鍵合工位提供保障；最后，通過改 進(jìn)熱鍵合工藝實(shí)現(xiàn)無位錯(cuò)和無變形的微納流控芯片封裝。這種布置方法消除了對(duì)復(fù)雜的二次 對(duì)準(zhǔn)光刻一顯影一腐蝕的需求，降低了工藝復(fù)雜性和成本，便于根據(jù)客戶需求靈活調(diào)整芯片 功能單元的結(jié)構(gòu)和組成。
本發(fā)明微納流控芯片組裝方法包括以下步驟(1) 清洗利用去離子水和Piranha清洗液清洗蓋片和基片；
(2) 對(duì)準(zhǔn)將蓋片和基片在水下貼合，取出放置在輔助對(duì)準(zhǔn)裝置中基片定位板上對(duì)準(zhǔn)， 使納通道與兩條微通道相接；
(3) 預(yù)連接小心取出基片定位板，放置在熱板上，烘至半干狀態(tài)，利用水膜-玻璃表面 之間的相互作用實(shí)現(xiàn)蓋片一基片預(yù)連接；
(4) 熱鍵合移動(dòng)預(yù)連接好的蓋片一基片至馬弗爐中熱鍵合，自然冷卻。 本發(fā)明的微納流控芯片輔助裝配裝置主要由顯微成像系統(tǒng)、基板、基片定位板、微手爪
、連接板、微動(dòng)滑臺(tái)組成，基片定位板和微動(dòng)滑臺(tái)固定在基板上，在基片定位板對(duì)應(yīng)基片位 置深度方向，安裝有顯微成像系統(tǒng)，微手爪通過連接板連接在微動(dòng)滑臺(tái)上，微動(dòng)滑臺(tái)通過螺 旋測(cè)微器手柄調(diào)節(jié)帶動(dòng)微手爪運(yùn)動(dòng)。
具有微納結(jié)構(gòu)觀測(cè)、固定基片和微納結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)等功能。從減小機(jī)械應(yīng)力的角度出發(fā) ，在裝置設(shè)計(jì)上采用了 "靠"的基片定位方式和"推"的蓋片移動(dòng)調(diào)整方式，避免采用壓緊 、鎖緊、推-拉等容易引起變形應(yīng)力的控制模式。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的微納流控芯片，基于納通道電動(dòng)離子陷落的富集與耗 盡物理效應(yīng)，可以用于蛋白和帶電離子等微量樣品富集，通過芯片上儲(chǔ)液池連接電極加直流 電，實(shí)現(xiàn)樣品電動(dòng)輸運(yùn)和富集，不需要外加注射泵或其他動(dòng)力。
提供一種包含多組可變參數(shù)的富集結(jié)構(gòu)高通量微納流控芯片的形式和制造組裝方法，提 高了芯片部件互換性，可以靈活選用不同組件建立所需微納流控芯片。
玻璃材料的微納流控芯片可以利用簡(jiǎn)單的紫外曝光機(jī)和本發(fā)明提供的輔助裝配裝置制造 ，無需二次對(duì)準(zhǔn)一套刻一腐蝕，降低了工藝復(fù)雜性，縮短了加工周期。
提供了簡(jiǎn)單易行的微納流控芯片組裝方法，包括對(duì)準(zhǔn)、預(yù)連接和熱鍵合，消除了組裝過 程中的錯(cuò)位和變形問題。本方法稍加改動(dòng)，就可以用于其他微系統(tǒng)的部件組裝中，具有一定 通用性。


圖l為根據(jù)本發(fā)明包含一個(gè)富集單元的微納流控芯片示意圖。 圖2 (A)為本發(fā)明微納流控芯片微通道示意圖。 圖2 (B)為本發(fā)明微納流控芯片納通道示意圖。 圖2(C)為本發(fā)明微納流控芯片微納通道示意圖。圖3為本發(fā)明制作微納流控芯片的制作、裝配流程圖。
圖4 (A)為本發(fā)明制作微納流控芯片中對(duì)準(zhǔn)-預(yù)連接輔助裝置結(jié)構(gòu)及組裝狀態(tài)的微納流 控芯片主視圖。
圖4 (B)為由圖4 (A)中A-A所示位置的裝置俯視圖。 圖5(A)為包含五個(gè)微納富集單元的微納流控芯片實(shí)物。 圖5(B)為微納流控芯片的其中一個(gè)富集單元的結(jié)構(gòu)平面圖。 圖5 (C)為富集單元的樣品耗盡效果。 圖5 (D)為富集單元的樣品富集效果。
圖中l(wèi)蓋片；2基片；3微通道A; 4微通道B; 5納通道陣列；6儲(chǔ)液池；7多組不交叉的 微通道；8納通道陣列組；9基板；IO基片定位板；ll顯微成像系統(tǒng)；12微手爪；13連接板； 14微動(dòng)滑臺(tái)；15定位條。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合

本專利的
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:單富集單元的玻璃微納流控芯片
如圖1所示，芯片整體尺寸為30mmX50mm，由玻璃材料的蓋片1和基片2組成，微通道A、 微通道B和儲(chǔ)液池6布置在蓋片1上，納通道陣列5布置在基片2上，納通道陣列5由10條以上等 長(zhǎng)納通道組成，為降低對(duì)準(zhǔn)難度，納通道陣列5的長(zhǎng)度比微通道A和微通道B間距長(zhǎng)約10 — 40 um，納通道陣列的通道寬度為3 5ym，納通道陣列5通道間距與其寬度相同，通道深度為 100nm-500nm。 在蓋片1平面中心附近的微通道A和微通道B與基片2上的納通道陣列5在同一 平面上的投影呈正交布置，正交布置使得微通道A和微通道B與納通道陣列5在同一平面上的 投影最多只有兩條交線，消除了對(duì)準(zhǔn)偏差等引起的干涉問題。通過本專利的組裝方法，用納 通道陣列5將微通道A和微通道B橋接連通，就獲得包含一個(gè)富集單元的玻璃微納流控芯片。
實(shí)施例2:包含五個(gè)富集單元的玻璃微納流控芯片
如圖2 (A) 、 2 (B)和2 (C)所示，該芯片包含五個(gè)微納富集單元，可以用于高通量并 行富集。每個(gè)微納富集單元由兩條在微米級(jí)的微通道、在100nm級(jí)的納通道陣列及儲(chǔ)業(yè)池等 組成。在每條微通道起點(diǎn)和終點(diǎn)加工有儲(chǔ)液池，微通道對(duì)稱分布液池等組成。在每條微通道 起點(diǎn)和終點(diǎn)加工有儲(chǔ)液池，微通道對(duì)稱分布互不相交，間隔100 — 300ym，在微通道中間通 過納通道陣列將兩條微通道橋接；納通道陣列包含10條以上納通道，納通道長(zhǎng)度略長(zhǎng)于微通 道間距約10 — 40ym，并與微通道在連接處正交。本發(fā)明的微納流控芯片中微通道寬度為50ym，深度為25ym，長(zhǎng)度為30mm;納通道陣列包含10條以上納通道，寬度為3 — 5ym，納通 道間隔為3 — 5ym，深度為100 — 500nm;儲(chǔ)液池直徑為2 — 3mm，與微通道首尾相接。芯片整體 尺寸為30mmX50mm。圖2 (A)為分離狀態(tài)的蓋片l，圖2 (B)為分離狀態(tài)的基片2，在蓋片l 和基片2上分別布置多組不交叉的微通道7和納通道陣列組8，每組微通道包括兩條微通道， 在微通道起點(diǎn)和終點(diǎn)有直徑為2mm的儲(chǔ)液孔，每組微通道的間距不同(100 y m， 150 y m， 200 ym， 250 ym， 300 ym)，每組之間間距為100能，基片的納通道陣列長(zhǎng)度與微通道間距 相對(duì)應(yīng)，對(duì)于同一塊基片和蓋片，通過移動(dòng)蓋片改變對(duì)準(zhǔn)組裝位置，就可以得到不同的參數(shù) 多富集單元微納流控芯片。在蓋片平面中心附近的微通道和基片上的納通道在同一平面上的 投影呈正交布置，正交布置使得所有的微通道和納通道陣列在同一平面上的投影最多只有十 條交線，消除了對(duì)準(zhǔn)偏差等引起的干涉問題，組裝狀態(tài)之一如圖2(C)。由于微通道組與納通 道陣列組不在同一塊基片上，因此芯片上富集單元的納通道尺寸可以根據(jù)需求，靈活選擇加 工。
實(shí)施例3:玻璃微納流控芯片加工和組裝的工藝流程 如圖3所示，工藝流程具體步驟如下
(1) 掩膜加工采用L-EDIT軟件分別繪制微通道掩膜圖，微通道掩膜設(shè)計(jì)線寬為20齙
，通過高清晰度激光照排輸出在透明膠片上，然后將膠片貼在拋光玻璃上，得到包含微通道 結(jié)構(gòu)的蓋片掩膜l;采用L-EDIT軟件繪制納通道掩膜圖，納通道最小線寬3um，超過高清晰 度激光照排分辨率，可采用電子束曝光制作在鉻版上，得到包含納通道結(jié)構(gòu)的基片掩膜2。
(2) 微納通道成形蓋片1和基片2為表面鍍有鉻層和光刻膠的拋光硼硅玻璃，通過紫 外曝光一顯影一鉻圖形化一濕法腐蝕一去膠去鉻等工藝步驟分別在蓋片1和基片2上制作微通 道和深度在100nm-500nm的納通道，利用超聲打孔方法在蓋片l上加工儲(chǔ)液池。
(3) 組裝利用去離子水和Piranha清洗液清洗蓋片l和基片2，清理表面并增加親和力 。然后將蓋片1和基片2在水下貼合，取出放置在輔助裝配系統(tǒng)下對(duì)準(zhǔn)，使納通道與兩條微通 道相接，利用水膜與玻璃表面懸掛鍵之間相互作用，在熱板上將對(duì)準(zhǔn)的蓋片1和基片2烘至半 干狀態(tài)實(shí)現(xiàn)具有一定強(qiáng)度的預(yù)連接，最后移動(dòng)預(yù)連接好的蓋片一基片結(jié)構(gòu)至馬弗爐中熱鍵合 ，最高鍵合溫度為55(TC，自然冷卻后取出，得到玻璃微納流控芯片。
實(shí)施例4:微納流控芯片輔助裝配裝置及芯片對(duì)準(zhǔn)預(yù)連接方法
圖4 (A)為本發(fā)明涉及的微納流控芯片輔助裝配裝置，下面結(jié)合本圖說明輔助裝配裝置 的結(jié)構(gòu)組成。用于微納芯片輔助裝配的裝置由基板9、基片定位板IO、顯微成像系統(tǒng)ll、微
9手爪12、連接板13、微動(dòng)滑臺(tái)14組成?；ㄎ话?0和微動(dòng)滑臺(tái)14固定在基板9上，基片定 位板10上具有如圖4(B)所示定位微納流控芯片基片的兩個(gè)定位條15，在基片定位板10對(duì)應(yīng)基 片位置深度方向，安裝有放大倍率可達(dá)20X的顯微成像系統(tǒng)11，用于動(dòng)態(tài)觀測(cè)對(duì)準(zhǔn)過程，微 手爪12通過連接板13連接在微動(dòng)滑臺(tái)14上，微動(dòng)滑臺(tái)14可以通過螺旋測(cè)微器手柄調(diào)節(jié)帶動(dòng)微 手爪12運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合圖4 (A)說明應(yīng)用上述輔助裝置對(duì)準(zhǔn)和預(yù)連接的方法。將加工好通道結(jié)構(gòu)的蓋片l 置于基片2之上，為增強(qiáng)潤(rùn)滑，在蓋片l-基片2之間留有水膜。通過定位條15以基片2的邊緣 為基準(zhǔn)將基片2固定在基片定位板上，旋轉(zhuǎn)螺旋手柄使微動(dòng)滑臺(tái)14帶動(dòng)微手爪12移動(dòng)蓋片1， 同時(shí)操作者通過顯微成像系統(tǒng)ll觀測(cè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)。小心拿取裝有已對(duì)準(zhǔn)的 蓋片1一基片2的基片定位板10至臨近的微熱板，利用微熱板對(duì)已對(duì)準(zhǔn)的蓋片1一基片2復(fù)合結(jié) 構(gòu)加熱，使部分水分揮發(fā)，殘留部分以單層膜水分子與玻璃表面懸掛鍵以氫鍵形式相連，使 得蓋片1一基片2之間具有相當(dāng)強(qiáng)度的預(yù)連接力，在有意碰撞和翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到無位錯(cuò)和 無脫落的效果，為將其移動(dòng)至熱處理房間的熱鍵合工位提供保障。
實(shí)施例5:微納流控芯片用于富集的使用方法
圖5(A)所示為微納流控芯片的實(shí)物圖。圖5 (B)所示，以一個(gè)微納富集單元為例，在每 條微通道起點(diǎn)和終點(diǎn)都有一個(gè)儲(chǔ)液池，首先在儲(chǔ)液池6. l中加入緩沖液，如PBS等，緩沖液將 通過毛細(xì)作用充滿整個(gè)流道，在儲(chǔ)液池6. 2中也加入緩沖液，儲(chǔ)液池6. 3和儲(chǔ)液池6. 4中加入 待富集樣品溶液，通過微量加液調(diào)平液面。將儲(chǔ)液池6. l和儲(chǔ)液池6.2接正電壓，儲(chǔ)液池6.3 和儲(chǔ)液池6. 4接地，溶液中離子或帶電物質(zhì)將在電場(chǎng)作用下移動(dòng)并在納通道一微通道界面處 發(fā)生離子陷落現(xiàn)象，就可以逐漸觀測(cè)到樣品在微納結(jié)合處富集和耗盡現(xiàn)象，根據(jù)樣品帶電狀 態(tài)不同，加電方式和幅度會(huì)有所調(diào)整。對(duì)含微量FITC熒光指示劑溶液富集效果如圖5(C)和 圖5(D)所示。圖5(C)為陽極端微納界面處樣品耗盡效果，圖5(D)為陰極端微納界面處樣品富 集效果，符合納通道電動(dòng)離子陷落的富集與耗盡物理效應(yīng)。利用專利制作的微納流控芯片對(duì) 濃度10nM/L的FITC (緩沖液為PBS10mM)，富集倍率可達(dá)到1000倍量級(jí)，對(duì)濃度10yM/L的 FITC (緩沖液為PBS10mM)，富集倍率可達(dá)到10倍量級(jí)。
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權(quán)利要求
1.一種玻璃微納流控芯片，其特征在于該玻璃微納流控芯片由蓋片(1)和基片(2)組成，微通道A(3)，微通道B(4)和儲(chǔ)液池(6)分布在蓋片(1)上，納通道陣列(5)分布在基片(2)上；該芯片包含一個(gè)或多個(gè)微納富集單元，各微納富集單元富集區(qū)域和耗盡區(qū)域分布在同一直線上；每個(gè)微納富集單元包括微通道A(3)、微通道B(4)、納通道陣列(5)及儲(chǔ)液池(6)；在每條微通道起點(diǎn)和終點(diǎn)有儲(chǔ)液池(6)，微通道A(3)和微通道B(4)對(duì)稱分布，互不相交，在微通道A(3)和微通道B(4)中間通過納通道陣列(5)將兩條微通道橋接；納通道陣列(5)包含多條納通道，納通道長(zhǎng)度略長(zhǎng)于微通道A(3)和微通道B(4)的間距，并與微通道A(3)和微通道B(4)在連接處正交。
2.權(quán)利要求l所述芯片的制作方法，其特征在于采用濕法腐蝕實(shí)現(xiàn) 微納通道成形，腐蝕液為HF: HN03: H20混合腐蝕液；將微通道A(3)和微通道B(4)與納通道陣列(5)的橋接；烘干部分水分，利用水分子極性與玻璃表面懸掛鍵相互作用實(shí)現(xiàn)蓋片(l)-基片(2)預(yù)連接；通過改進(jìn)熱鍵合工藝實(shí)現(xiàn)無位錯(cuò)和無變形的微納流控芯片封裝。
3.權(quán)利要求l所述芯片的組裝方法，其特征在于包括下述步驟(1) 清洗利用去離子水和Piranha清洗液清洗蓋片(1)和基片(2);(2) 對(duì)準(zhǔn)將蓋片(1)和基片(2)在水下貼合，取出放置在輔助對(duì)準(zhǔn)裝置中基片定位板( 10)上對(duì)準(zhǔn)，使納通道陣列(5)與微通道A(3)和微通道B(4)相接；(3) 預(yù)連接小心取出基片定位板(10)，放置在熱板上，烘至半干狀態(tài)，利用水膜-玻璃表面之間的相互作用實(shí)現(xiàn)蓋片(1)-和基片(2)預(yù)連接；(4) 熱鍵合移動(dòng)預(yù)連接好的蓋片(1)和基片(2)至馬弗爐中熱鍵合，自然冷卻。
4.權(quán)利要求2所述制作方法所采用的輔助裝配裝置，其特征在于:該裝 置包括顯基板(9)、基片定位板(IO)、微成像系統(tǒng)(ll)、微手爪(12)、連接板(13)和微動(dòng)滑 臺(tái)(14)，基片定位板(10)和微動(dòng)滑臺(tái)(14)固定在基板(9)上，在基片定位板(10)對(duì)應(yīng)基片位置 深度方向，安裝有顯微成像系統(tǒng)(ll)，微手爪(12)通過連接板(13)連接在微動(dòng)滑臺(tái)(14)上， 微動(dòng)滑臺(tái)(14)通過螺旋測(cè)微器手柄調(diào)節(jié)帶動(dòng)微手爪(12)運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的芯片，其特征還在于該芯片A微通道(3)和B 微通道(4)間隔100 — 300ym，微通道A (3)和微通道B (4)寬度為50 y m，深度為25ym，長(zhǎng)度為 30mm;納通道陣列(5)包含10條以上納通道，納通道長(zhǎng)度略長(zhǎng)于微通道A(3)和微通道B(4)間 距約10 —40ym，寬度為3 —5ym，間隔為3 —5ym，深度為100 —500nm，與納通道陣列(5)在 連接處正交；儲(chǔ)液池(6)直徑為2 — 3mm，與微通道A (3)和微通道B (4)首尾相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征還在于包括步驟如下(l) 光刻曝光強(qiáng)度10mW/cm2，光刻周期35s;顯影20s; (2)堅(jiān)膜:120。C， 20min; (3)以光刻膠 為掩膜，腐蝕鉻；(4)以鉻為掩膜刻蝕微納通道對(duì)微通道腐蝕，腐蝕液體積比為5HF: 10HN03: 85H20,刻蝕時(shí)間為120min，深度為25 y m;對(duì)納通道刻蝕腐蝕液體積比為2HF: 8HN03: 90H20刻蝕速率時(shí)間為10nm/s; (5)去膠去鉻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種玻璃微納流控芯片、制作組裝方法及輔助裝配裝置。該芯片包含一個(gè)或者多個(gè)微納富集單元，每個(gè)微納富集單元由兩條互不相交的微通道、納通道陣列和儲(chǔ)液池組成，微通道和儲(chǔ)液池分布在蓋片上，納通道陣列分布在基片上，利用組裝基片和蓋片的方法通過納通道陣列將兩條微通道橋接。組裝包括對(duì)準(zhǔn)、預(yù)連接和鍵合三步，利用輔助對(duì)準(zhǔn)裝置將微納通道的對(duì)準(zhǔn)橋接，利用水膜與玻璃表面相互作用實(shí)現(xiàn)具有一定強(qiáng)度的基片-蓋片預(yù)連接，通過熱鍵合封裝微納流控芯片。本發(fā)明提供一種包含多組可變參數(shù)的富集結(jié)構(gòu)高通量微納流控芯片和制造組裝方法，提高了芯片部件互換性。芯片制造簡(jiǎn)單，無需二次對(duì)準(zhǔn)-套刻-腐蝕，降低了工藝復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)低成本和批量化的目標(biāo)。
文檔編號(hào)G01N35/00GK101561446SQ20091030290
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者沖 劉, 劉軍山, 征 徐, 杜立群, 溫金開, 王德佳 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)