一種微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法
2023-05-29 16:36:01 2
專利名稱：一種微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，該微流控晶片表面有微結構和微通道，在微通道表面原位製備了親水和疏水區域，樣品在緩慢通過微通道的區域吋，受親水和疏水區域的影響，親水微滴移動至親水區域，疏水微滴移動至疏水區域，從而實現微滴流動的智能控制，主要應用於生物樣品分析、催化反應和分離等相關領域。
背景技術：
微滴的驅動與流動過程中的控制是流體微機電系統研究中的兩個關鍵問題，它與宏觀流體的驅動和流動控制存在著很大的不同，涉及到微尺度流體複雜的傳熱傳質現象，很多現象可以籠統地歸結為尺度效應和表面效應，研究者對微流體驅動和控制的流體力學基本問題和多種技術進行了總結和對比，從表面效應的力學機制上綜述討論了近年來應用調製法向和切向應力，對均勻、帶化學處理條紋及拓撲結構紋理表面上的微滴和微膜進行驅動的常用技術的基本原理。常規技術很難完成在微通道中對微滴進行驅動和控制，因此，發展一種便捷、快速、高效、低成本的微滴驅動和控制技術，是流體微機電系統等領域的迫切需求。近年來，微流控晶片分析技術已成為分析化學中ー個重要的研究方向，無論是在科研還是應用領域都獲得了廣泛的重視。微流控晶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、可攜式、易操作、成本低等優點，已在眾多領域獲得了廣泛應用。然而，採用微流控晶片，在其表面製備微結構和微通道，依靠微通道表面的性能變化來實現微滴的流動可控，目前在流體微機電系統的應用領域尚未有實質性的突破。
發明內容
本發明的目的是提供了一種微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，該微流控晶片表面有微結構和微通道，在微通道表面原位製備了親水和疏水區域，樣品在緩慢通過微通道的區域吋，受親水和疏水區域的影響，親水微滴移動至親水區域，疏水微滴移動至疏水區域，從而實現微滴流動的智能控制，主要應用於生物樣品分析、催化反應和分離等相關領域。為實現上述目的，本發明採用以下的操作步驟(I)用計算機輔助設計軟體設計和繪製微流控晶片中各層晶片的微結構和微通道圖形。(2)通過微加工技術在各層微流控晶片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結構和微通道，包括進樣孔、分離主通道和分離分通道。(3)將親水溶液塗敷在親水區域，進行微通道表面的親水處理。(4)將疏水溶液塗敷在疏水區域，進行微通道表面的疏水處理。(5)利用雙層粘性薄膜，將各層微流控晶片對齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動可控的微流控晶片。
本發明中，微滴流動可控的微流控晶片的晶片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、銅、鋁、不鏽鋼、矽片、玻璃圓片，也可是市售的各類普通CD光碟。本發明中，微滴流動可控的微流控晶片和粘性薄膜的微結構和微通道可以通過數控銑刻、雷射刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕製備，也可用軟刻蝕技術製備。本發明中，微滴流動可控的微流控晶片是由兩層晶片組成，各層晶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。本發明中，微滴流動可控的微流控晶片可以是2個入口，也可以是3、4、5個入口，出口數與入口數保持一致。本發明中，微滴流動可控的微流控晶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。本發明中，本發明中，微滴流動可控的微流控晶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，丙烯酸全氟矽基こ基酷，也可以是全氟辛三氯甲矽膠。本發明提出的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，操作簡單、實現了微滴的智能驅動和控制，極大降低了微滴驅動和控制的成本，具有便攜、經濟、快速、高效的特點，在生物樣品分析、催化反應和分離等相關領域中具有良好的應用前景。
圖1.微滴流動可控的微流控晶片的結構示意圖。a.樣品注入通道，b.親水和疏水區域，c.微滴驅動，d.微滴控制，e.微滴分離。
具體實施方案實施例1用計算機輔助設計軟體設計和繪製微滴流動可控的微流控晶片的兩層晶片的微結構和微通道圖形。利用數控CNC系統加工製備兩層聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)晶片的微結構和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層晶片，並用こ醇擦拭晶片表面殘留的指紋、油潰等汙潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工製備所需的微結構和微通道。將兩層晶片小心對齊、粘合、加壓封合，製成微滴流動可控的微流控晶片。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動下進入表面具有親水和疏水區域的微通道，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，從而實現微滴在各自區域的流動，最後實現親水微滴和疏水微滴的分離。實施例2用計算機輔助設計軟體設計和繪製離心式微流控晶片的兩層晶片的微結構和微通道圖形。利用數控CNC系統加工製備兩層圓片狀聚碳酸酯(PC)晶片的微結構和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層晶片，並用こ醇擦拭晶片表面殘留的指紋、油潰等汙潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工製備所需的微結構和微通道。將兩層晶片小心對齊、粘合、カロ壓封合，製成微滴流動可控的微流控晶片。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動下進入表面具有親水和疏水區域的微通道，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，從而實現微滴在各自區域的流動，最後實現親水微滴和疏水微滴的分離。
權利要求
1.一種微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於該微流控晶片表面有微結構和微通道，在微通道表面原位製備了親水和疏水區域，樣品在緩慢通過微通道的區域吋，受親水和疏水區域的影響，親水微滴移動至親水區域，疏水微滴移動至疏水區域，從而實現微滴流動的智能控制。
2.按權利要求1所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，其製作步驟如下 (1)用計算機輔助設計軟體設計和繪製微流控晶片中各層晶片的微結構和微通道圖形。
(2)通過微加工技術在各層微流控晶片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結構和微通道，包括進樣孔、分離主通道和分離分通道。
(3)將親水溶液塗敷在親水區域，進行微通道表面的親水處理。
(4)將疏水溶液塗敷在疏水區域，進行微通道表面的疏水處理。
(5)利用雙層粘性薄膜，將各層微流控晶片對齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動可控的微流控晶片。
3.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片的核心功能器件是微流控晶片，此晶片可以批量生產、多次利用、靈活設計與組裝。
4.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片上的微結構和微通道是通過數控銑刻、雷射刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕、軟刻蝕技術的微加工方法在晶片基材表面製備，尺寸在微米級別。
5.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片是由兩層晶片疊加而成，構成三維立體的微結構和微通道網絡。
6.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片可以在一塊晶片上製作多組微結構和微通道，構成多組分離単元，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.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片通過微通道表面進行親水和疏水化處理，形成親水和疏水區域進行微滴的智能驅動與控制。
8.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片可快速實現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域。
9.按權利要求1或2所述的微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，其特徵在於，這種微滴流動可控晶片具有便攜、經濟、快速、高效、平行分離能力高、在生物樣品分析、催化反應和分離所涉及的眾多相關領域具有廣泛的應用前景。
全文摘要
本發明涉及一種微滴流動可控的微流控晶片及其製備方法，該微流控晶片表面有微結構和微通道，在微通道表面原位製備了親水和疏水區域，樣品在緩慢通過微通道的區域時，受親水和疏水區域的影響，親水微滴移動至親水區域，疏水微滴移動至疏水區域，從而實現微滴流動的智能控制，主要應用於生物樣品分析、催化反應和分離等相關領域。該微流控晶片實現了微滴的智能驅動和控制，操作簡單，極大降低了微滴驅動和控制的成本，具有便攜、經濟、快速、高效的特點，為微滴的驅動和控制提供了一種全新的分析技術。
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 優先權日2012年12月31日
發明者葉嘉明, 沙俊, 王曉東, 聶富強 申請人:蘇州汶顥晶片科技有限公司