一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法
2023-12-06 18:07:51
一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法
【專利摘要】本發明公開了一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，該方法包括以下步驟：將棉布置於容器中，加水，煮沸；將棉布取出，晾乾水分，放入另一容器中，加入碳酸鈉溶液浸泡；然後將棉布取出，用水衝洗後晾乾；將處理後的棉布平鋪在平臺上，把具有設計圖案的絲網印刷網板覆蓋在棉布之上，塗蠟，碾磨；然後將網板和棉布一起烘烤，烘烤完畢將棉布與網板分離，即得到布基微流控分析晶片。本發明方法是直接透過網板將蠟塗在棉布上，再經過加熱熔融滲入棉布中，不需要通過其他介質來轉移，因此蠟利用效率高、效果好。此外，本發明方法製得的晶片具有高通量、高解析度的特點。
【專利說明】一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於微流控晶片加工【技術領域】，具體涉及一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法。
【背景技術】
[0002]近年來，微流控分析晶片技術的發展非常迅速，最初應用於化學相關領域，後來被引入應用到生物、醫學領域，現在正作為一個跨越化學、生物、醫學、物理等多學科的新領域，具有很好的發展前景，對於整個社會的醫療檢測技術的發展具有巨大意義。更為重要的是，為了提高資源貧瘠、經濟相對落後地區的醫療技術水平，迫切需要人們研究成本低廉、質輕簡便、操作簡單、穩定性強、檢測周期短、靈敏度高的微流控分析晶片技術。目前，眾多微流控領域的研究人員正為著這一目標而不懈努力。
[0003]當今，用於製作微流控分析晶片的襯底材料常常是玻璃、矽片、石英等無機材料以及PDMS (聚二甲基矽氧烷)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PC (聚碳酸酯)等高分子聚合材料，其晶片製備技術已相當成熟，比如紫外光刻、幹/溼刻蝕、軟刻蝕等。然而，玻璃、矽片以及石英襯底材料及相關加工設備價格相對較高；高分子聚合物常需要使用額外的固化劑，使得晶片製備過程比較繁瑣，耗時。
[0004]棉布的主要成分為有機纖維，是服飾製品的常用材料；它普遍易得、價格低廉、便於操作，且適合形成多樣性的微流控流體通道，是製備微流控分析晶片所需襯底材料的一種新選擇。
[0005]2009年，Wei Shen小組首次提出利用棉線製備微流控分析晶片技術(ACS Appl.Mater.1nterfaces，2010，2，1- 6)。在該項工作中，親水棉線縫紉在超疏水的纖維基底上形成微流體通道，或者親水棉線與紙結合形成線-紙基複合微流控晶片。
[0006]同年,Whitesides小組對線基微流控分析晶片做了一系列研究(ACS Appl.Mater.1nterfaces，2010，2，1722 - 1728)。這項研究工作也是採用縫紉的晶片製備方法，但相比於Wei Shen小組的研究工作已作出了一系列改進，並對線吸液特性、多種縫紉圖案做了相關研究。自此，線基微流控分析晶片作為一種新的診斷平臺引起了人們極大關注。
[0007]2011年，Dhananjaya Dendukuri小組利用織布機將線纏繞在一起,製成微流控免疫晶片(Lab on a Chip, 2011，11，2493-249)。
[0008]同年，Victor Breedveld等人將親水棉線和疏水棉線根據不同的設計編織在一起，形成流體通道(ACS Appl.Mater.1ntrefaces, 2011, 3, 3796-3803)。
[0009]以上提及的研究工作都是利用棉線的自然毛細吸液特性來引導液體在親水通道內流動和分布，這避免了額外的外部注射加樣系統。然而，這些微流控分析晶片的製備通常需要人工編織、纏繞，其效率很低、很難批量加工，而且這種加工技術很難精確定位檢測區域，使得這一類晶片應用存在相當程度的限制。織布機編制技術能克服人工編制效率低的缺點，但是它仍然很難準確定位檢測區域，而且解析度低、往往需要專業人員操作。
[0010]2012年，Azadeh Nilghaz等人提出一種臘轉印技術來加工布基微流控分析晶片，其加工過程如下:在紙上列印出所需要的親水性通道圖案；將紙用高溫熔融的液態蠟浸泡數分鐘；晾乾後根據所設計圖案進行仔細雕刻或裁剪；把裁剪或雕刻後的蠟紙覆蓋在棉布上，一起放在加熱板上烘烤，蠟從紙上轉移並滲透到棉布上，從而形成微流控分析晶片。這種布基微流控分析晶片的加工方法能比較準確地定位檢測區域，但是仍然存在一些缺陷:
(I)蠟紙上的圖案模型需要人工雕刻或裁剪，因此很難獲得尺寸精確的親水通道，而且很難製作流路複雜的微流控分析晶片；(2)蠟從紙上轉移到布上，存在一個轉移效率的問題。該轉移效率受制於多種因素(如紙類型、紙與布接觸程度、溫度等)，因此該加工方法對紙、布甚至操作條件都有較高要求；(3)最後，該加工方法難於進行高通量、高解析度晶片加工。
【發明內容】
[0011]為了克服以上所述的缺陷，本發明的首要目的在於提供一種製作簡便、成本低廉、適用性廣的高通量布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，該方法可作為一般實驗室製備布基微流控分析晶片的一種新方法。
[0012]本發明的另一目的在於提供由上述方法製備得到的布基微流控分析晶片。
[0013]本發明的再一目的在於提供由上述的布基微流控分析晶片的應用。
[0014]本發明的目的通過下述技術方案實現:
[0015]一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，包括以下步驟:
[0016](I)將棉布置於容器中，加水,煮沸；將棉布取出，晾乾水分,放入另一容器中，力口入碳酸鈉溶液浸泡；然後將棉布取出，用水衝洗後晾乾；
[0017](2)將經步驟(I)處理後的棉布平鋪在平臺上，把具有設計圖案的絲網印刷網板覆蓋在棉布之上，塗蠟，碾磨；然後將網板和棉布一起烘烤，使得蠟充分地熔融並滲入棉布中，烘烤完畢將棉布與網板分離，即得到布基微流控分析晶片；
[0018]所述的加入碳酸鈉溶液浸泡，優選浸泡5-10min ；
[0019]所述的絲網印刷網板為漆糹侖網紗材質，圖案用軟體Adobe Illustrate CS5設計；
[0020]所述的蠟可以用市售的蠟筆；
[0021]所述的碾磨須用具有平滑表面的硬物碾磨，使蠟更多透過網板附著在棉布表面；
[0022]所述的烘烤優選在75°C的加熱板上烘烤5s。
[0023]由上述方法製得的布基微流控分析晶片可用於生化檢測，尤其可用於尿液中牛血清蛋白或葡萄糖的比色檢測。
[0024]本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果:
[0025]I)本發明的方法不需要複雜的大型設備，僅需要水浴鍋和加熱板，這兩種儀器操作比較簡單。
[0026]2)本發明方法所使用的棉布和蠟都很廉價，蠟是一般文具店都能買到的蠟筆。
[0027]3)本發明所描述的方法流程簡單，不需要專業人員操作。
[0028]4)本發明方法是直接透過網板將蠟塗在棉布上，再經過加熱熔融滲入棉布中，不需要通過其他介質來轉移，因此蠟利用效率高、效果好。此外，本發明方法製得的晶片具有高通量、高解析度的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是實施例1製得的布基微流控分析晶片及其疏水區和親水區的分布示意圖。
[0030]圖2是實施例1的布基微流控分析晶片在滴加胭脂紅溶液後其親水區的成像圖。
[0031]圖3是實施例2中利用軟體Adobe Illustrate CS5設計的網板圖案。
[0032]圖4是實施例2中絲網印刷網板的示意圖。
[0033]圖5是實施例2的高通量布基微流控分析晶片的示意圖。
[0034]圖6是布基微流控分析晶片親水性通道解析度的試驗結果示意圖。
[0035]圖7是布基微流控分析晶片疏水壩解析度的試驗結果示意圖。
[0036]圖8是用布基微流控分析晶片檢測尿液中牛血清蛋白的比色檢測實物成像圖。
[0037]圖9為尿液中牛血清蛋白的濃度與對應的比色強度值之間的關係曲線圖。
[0038]圖10是用布基微流控分析晶片檢測尿液中葡萄糖的比色檢測實物成像圖。
[0039]圖11為尿液中葡萄糖的濃度與對應的比色強度值之間的關係曲線圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0041]實施例1
[0042]一種布基微流控分析晶片(親水區域有3種形狀)的蠟網印加工方法，包括以下步驟:
[0043]I)取約0.8平方米棉布放於燒杯中，加入500mL超純水，然後放入溫度為95°C的水浴鍋中沸煮5min ；
[0044]2)沸煮過後將棉布取出，水滴幹後放棉布於另一燒杯中，加入500mL濃度為1mg/mL的碳酸鈉溶液,浸泡5min ；
[0045]3)經碳酸鈉溶液浸泡後，用清水衝洗，直至棉布pH值為6，室溫下晾乾2h ;人體尿液的正常PH值為6左右，顯弱酸性。衝洗至棉布的pH值為6，是為了保證在後期的生化檢測中，不會因此出現很大的幹擾。
[0046]4)處理後的棉布平鋪在平臺上，並在其上面覆蓋著具有設計圖案的網板，用力壓緊，防止網板或棉布移動。接著，用蠟筆塗蠟，再用具有平滑表面的勺子碾磨，使蠟透過網板附著在棉布表面；
[0047]5)塗蠟碾磨後，棉布與網板粘在一起，保持棉布與網板不分離，一起放在溫度為750C的加熱板上烘烤5s，使得蠟充分滲入棉布中，然後將棉布與網板分離，得到布基微流控分析晶片，如圖1所示；
[0048]6)在蠟網印加工成的布基微流控分析晶片的親水區域中滴加胭脂紅溶液，發現溶液能很好地充滿整個親水區域而並不擴散至疏水區域，如圖2所示，從而驗證了布基微流控分析晶片蠟網印成功。
[0049]實施例2
[0050]高通量布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法
[0051]1.利用軟體Adobe Illustrate CS5設計的網板圖案如圖3所示，圖案中黑色表示蠟可以透過網板，白色表示蠟不可以透過網板。在寬與高分別為160mm、120mm的矩形畫布上，設計了兩種不同尺寸的圓形陣列。一種陣列是圓直徑為8mm，4行12列布置；另一種陣列是圓直徑為10mm，4行9列布置。
[0052]2.根據網板設計圖案製作成的網板如圖4所示，該網板中深色表示蠟不能透過的部分，對應著在棉布襯底上形成親水區域；淺色表示蠟能透過的部分，對應著在棉布襯底上形成疏水區域。網板的材料為滌綸網紗，外框為鋁合金。
[0053]3.利用上述網板，選取直徑8mm圓形的陣列製作高通量布基微流控分析晶片，如圖5所示，晶片上圓形區域為親水性微池，其餘部分為疏水區域。
[0054]加工方法的其他具體步驟如實施例1所述。
[0055]實施例3
[0056]布基微流控分析晶片親水性通道的解析度
[0057]如圖6所示，布基微流控分析晶片的親水性通道設計寬度從0.9mm變化到
2.5mm(依次遞增0.2mm)。當熔融溫度和加熱時間分別為75°C和5s時，胭脂紅染料溶液均能充滿設計寬度大於1.9mm的親水性通道。然而，在熔融溫度保持不變的情況下，僅僅將加熱時間提升至1s和15s，即使在設計寬度最大(2.5_)的親水性通道中胭脂紅染料溶液也不能成功充滿。因此，蠟網印加工的布基微流控分析晶片親水性通道最小寬度能達到1.9_。棉布表面的蠟加熱熔融之後，不僅垂直向棉布內部滲透，還向四周擴散。並且，在熔融溫度一定時，加熱時間越長，蠟越趨向於往四周擴散。隨著加熱時間的增加，疏水區域的蠟朝親水通道一側擴散越多，使得實際的親水通道變窄，甚至不能構成親水通道。
[0058]加工方法的其他具體步驟如實施例1所述。
[0059]實施例4
[0060]布基微流控分析晶片疏水壩的解析度
[0061]如圖7所示,選取一系列疏水壩設計寬度,其範圍從50 μ m變化到450 μ m,依次遞增50 μ m。當熔融溫度和加熱時間分別為75°C和5s時，設計寬度為300 μ m的疏水壩可以完全有效地防止住胭脂紅染料溶液從一個親水區域擴散至另一親水區域。雖然設計寬度小於300 μ m的疏水壩偶爾也能防止染料溶液擴散，但其表現不穩定。當蠟網印加工條件設定為75°C和1s時，最小有效疏水壩的設計寬度降低至150 μ m。當加熱時間進一步延長至15s時，最小有效疏水壩的設計寬度能達到100 μ m。如實例3中所述，在熔融溫度一定時，加熱時間越長，蠟越趨向於往四周擴散。隨著加熱時間的增加，蠟在疏水壩的兩側向親水區域擴散越多，使得實際疏水壩的寬度增加，阻礙液體擴散的能力越強。
[0062]加工方法的其他具體步驟如實施例1所述。
[0063]實施例5
[0064]以人工尿液中牛血清蛋白、葡萄糖的比色檢測為例，考察布基微流控分析晶片的生化檢測應用
[0065]本實施例採用實施例2中所制的高通量布基微流控分析晶片，其中圓形反應池的直徑為8mm, 4行12列布置,如圖5所示。
[0066]1、人工尿中牛血清蛋白檢測過程如下:
[0067]I)在反應池(即親水區)內加入15 μ L的250mM(毫摩爾/升)檸檬酸鹽緩衝液(pH值1.8)，室溫下晾乾Ih ；
[0068]2)加入5 μ L的9mM四溴酹藍溶液,室溫下晾乾1min ；
[0069]3)加入3 μ L含不同濃度牛血清蛋白的人工尿溶液，室溫下晾乾1min後用平板掃描儀獲得分析晶片掃描圖片，如圖8所示；
[0070]4)用軟體Photoshop CS4打開圖片，轉化為CMYK模式，選擇青色通道，選擇相應的顯色區域，記錄軟體自動給出的平均顏色強度值，再利用Origin 7.0軟體處理數據，得到相對平均顏色強度值與人工尿溶液中所含牛血清蛋白濃度之間的關係曲線，如圖9所示。
[0071]圖8-9表明布基微流控分析晶片能比色檢測人工尿中5 μ M甚至更小濃度的牛血清蛋白。
[0072]2、人工尿中葡萄糖檢測過程如下:
[0073]I)在反應池(即親水區)中加入3μ L的0.6Μ(摩爾/升)碘化鉀溶液，室溫下晾乾 1min ；
[0074]2)加入3 μ L酶混合溶液，此溶液由120U/mL (單位/毫升)葡萄糖氧化酶溶液和30U/mL辣根過氧化物酶溶液按體積比5:1混合而成,室溫下晾乾1min ；3)加入3微升含不同濃度葡萄糖的人工尿溶液，室溫下晾乾1min後，用平板掃描儀獲得分析晶片掃描圖片，如圖10所示；
[0075]4)用軟體PhotoshopCS4打開圖片,轉化為8位灰度模式,選擇相應的顯色區域,記錄軟體自動給出的平均灰度值，再利用Origin 7.0軟體處理數據，得到相對平均灰度值與人工尿溶液中所含葡萄糖濃度之間的關係曲線，如圖11所示。
[0076]圖10-11表明布基微流控分析晶片能比色檢測人工尿中0.5mM葡萄糖。
[0077]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)將棉布置於容器中，加水，煮沸；將棉布取出，晾乾水分，放入另一容器中，加入碳酸鈉溶液浸泡；然後將棉布取出，用水衝洗後晾乾； (2)將經步驟(I)處理後的棉布平鋪在平臺上，把具有設計圖案的絲網印刷網板覆蓋在棉布之上，塗蠟，碾磨；然後將網板和棉布一起烘烤，烘烤完畢將棉布與網板分離，即得到布基微流控分析晶片。
2.根據權利要求1所述的布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，其特徵在於:所述的加入碳酸鈉溶液浸泡，是浸泡5-10min。
3.根據權利要求1所述的布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，其特徵在於:所述的絲網印刷網板為漆絕網紗材質，圖案用軟體Adobe Illustrate CS5設計。
4.根據權利要求1所述的布基微流控分析晶片的蠟網印加工方法，其特徵在於:所述的烘烤是在75°C的加熱板上烘烤5s。
5.一種布基微流控分析晶片，其特徵在於:是由權利要求1-4任一項所述的方法製備得到。
6.權利要求5所述的布基微流控分析晶片在生化檢測中的應用。
7.權利要求5所述的布基微流控分析晶片在尿液中牛血清蛋白或葡萄糖的比色檢測中的應用。
【文檔編號】B01L3/00GK104226389SQ201410487022
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】章春筍, 劉敏 申請人:華南師範大學