微溝道電極及其微流控分析晶片的製作方法
2023-04-30 22:42:16 5
專利名稱：微溝道電極及其微流控分析晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及微流控分析晶片中的微溝道電極和利用該電極做成的微流控分析晶片，屬於微機電加工技術領域；同時，此電極提供的強電場可用於分離不同電性顆粒，以及進行細胞穿孔實驗等，故可作為生化分析的有力工具；此外，此電極具有均一大面積場強，可用於物質阻抗分析、電場模擬等。
背景技術：
電極製作是微流控分析晶片中必備的技術，是作為電信號探測，蛋白質分離，細胞穿孔，阻抗分析等技術不可缺少的集成部件。慣用的電極製作方法為利用傳統光刻工藝在基底上鍍膜，其缺點有(1)對掩膜精度要求高、需要極其龐大的鍍膜設備、複雜的光刻和鍍膜工藝；(2)電極製作好後嵌入到溝道中，需要極高的溝道對準技術，產品報廢率高；(3)鍍膜厚度一般遠小於溝道高度，溝道內流體往往不處在電場的有效區域或不能提供均一場強分布的電場，在提高場強以及產生三維場強上效果不明顯。
微流控分析晶片需要有高強、大面積均一電場，而其電極製作方法又要簡便可靠。為此要對現有的微溝道電極及其微流控分析晶片進行改進。
發明內容
本發明的目的是提出一種微溝道電極及其微流控分析晶片，適合於在溝道中提供高強度的均一電場，為物質顆粒分離提供偏壓，也可以在阻抗分析中提供高靈敏度的電極，方便可靠，易於集成，成本低廉，工藝簡單易於普及。
本發明的技術方案是一種微溝道電極，它基底的溝道中有電極，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中。
如上所述的微溝道電極，其特徵在於所述的導電流體為以下之一種液體電解質、液體金屬、混合有導電物質的PDMS預聚物。
一種微流控分析晶片，晶片中有流體溝道，流體溝道旁是平行的兩個電極溝道，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中。
如上所述的微流控分析晶片，其特徵在於所述的導電流體為以下之一種液體電解質、液體金屬、混合有導電物質的PDMS預聚物以及磁流體。
如上所述的微流控分析晶片，其特徵在於流體溝道的寬度為5～2000微米，電極溝道與流體溝道之間保持5～200微米。
本發明的微溝道電極和微流控分析晶片，結構簡單、便於製作、成本低廉，而且具有高深寬比，均一強電場達100KV/cm以上，適合於製作需要大面積均一電場的微流控分析晶片。在基底的溝道中通入不同的導電液體形成各種精度、響應速度不同的可集成於微溝道的電極。
圖1，是本發明實施例的結構示意圖。其中，1層流觀測點，2偏轉觀測點，3分離觀測點，4引出觀測點，5油相入口，6海藻酸鈉入口，7染色油相入口，8電極材料入口，9層流出口。
圖2，是圖1中層流觀測點1處的層流示意圖。其中，10流聚焦形成液滴之處。
圖3，是圖1中偏轉觀測點2處的偏轉示意圖。
圖4，是圖1中分離觀測點3處的分離示意圖。
圖5，是圖1中引出觀測點4處的引出示意圖。
具體實施例方式
以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的說明。
本發明實施例的微溝道電極，它基底的溝道中有電極，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中；所述的導電流體為以下之一種液體電解質、液體金屬、混合有導電物質的PDMS預聚物以及磁流體。
本發明的微流控分析晶片，晶片中有流體溝道，流體溝道旁是平行的兩個電極溝道，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中；液體電解質、液體金屬、混合有導電物質的PDMS預聚物以及磁流體；流體溝道的寬度為5～2000微米，電極溝道與流體溝道之間保持5～200微米。
本發明是可集成於微溝道中，簡單有效的高深寬比的三維液體、固體電極製作方法，它可以提供均一強電場達100KV/cm以上，具有可集成，電場強度高，電場均一面積大，成本低，方便無毒，擊穿電壓高等特點。由其通入的導電介質不同，可將其分為電解質電極，金屬電極，PDMS電極等。
現簡要介紹一下本發明的微溝道電極及其微流控分析晶片製作的方法，和採用上述不種導電液體時它們的性能比較一、製作方法。
①5～2000微米寬度的流體溝道旁平行設計兩個電極溝道，電極溝道結構與預先設計電極平面結構相同，電極溝道與流體溝道之間保持在5～200微米左右以適應光刻膠或材料的加工精度。
②用設計的掩膜膜板，藉助光刻技術，利用普通微加工技術或軟光刻技術制出微流晶片，打孔、鍵合後便成為帶有電極溝道的微流控晶片了。
③往電極溝道中通入導電液，儘量使溝道中充滿導電液，在其一端插上導體孔針，電極製作就完成了。
二、各類導電液體的性能比較。
此電極適用的導電液體，可有如下幾類，現對其某些方面做如下介紹1、在溝道中充滿液體電解質，如PBS溶液、硫酸銅溶液。此法方便可行，效果明顯，但對晶片加工特別是光刻和鍵合技術要求較高。但充放電時間較長，響應時間慢。
2、用金屬導入微溝道，如液態汞，銀漿。此法上可以大幅度提高電極的各項性能，同時可使電極永久固化或封閉在溝道中。但是存在電極後期固化、封閉溝道的問題，增加電極晶片製作步驟。
3、在PDMS預聚物中混合碳粉等導電物質，使之導電，灌注到微溝道中。此法作為提高晶片集成度的一個方向，可以預先做成各種模塊，也可以像導電液一樣導入微溝道凝固。
三、實施例1.實驗原理。
(1)如附圖1所示，利用流聚焦溝道設計，質量比2％的海藻酸鈉水溶液分散相被油連續相夾斷，形成直徑為20μm～200μm的海藻酸鈉液滴；(2)在帶有海藻酸鈉液滴的連續油相下遊加入一路染色了的油相，染色油相和油相保持速率匹配，在直溝道中形成一路均等的兩色層流；(3)此實驗的基本思路是利用本發明的電極製作技術在兩電極之間形成均一、大面積的電場，由於海藻酸鈉液滴在油相中本身帶有一定的電性，故可以在兩電極間實現偏轉，最終在層流出口達到分離的效果。
(4)本實驗不需要為海藻酸鈉溶液帶上電荷增加另外的電路，而是利用物質表面本身所帶的電荷實現分離，實驗簡單有效，現象明顯，可重複性好。
2.實驗步驟。
(1)依據發明內容中的製作方法，製作出帶有附圖所示溝道的微流控晶片。
(2)把銀漿用丙酮稀釋，通入電極材料入口，在電極材料入口處插上金屬孔針，再放入乾燥烘箱中，以後就可以隨時使用了。
(3)取出晶片，在油相入口，海藻酸鈉入口和染色油相入口插上帶有軟管的注射器，注射器安放到注射泵上，採取推的進液方式，調整各流速參數，依次啟動各泵工作。
(4)等待流聚焦溝道處周期性地出現水溶液滴分散在連續油相中，可以根據在倒置顯微鏡中看到的情形，適當改變各泵的參數。
(5)等待流聚焦溝道下遊的直溝道中形成油相和染色油相形成平分溝道的層流，可以根據層流的情況適當調整染色油相的流速。
(6)在電極上加電壓，上面的電極加正壓，下面的電極加負壓，此銀漿電極在此溝道中加入150V便可達到分離的目的，電極溝道之間為500μm，電場強度達到3KV/cm。
3.實驗效果分析。
(1)如附圖1-5所示，選擇1、2、3、4四個觀測點，每選一組電壓後進行4次拍照，分別得到層流，偏轉，分離，引出的效果。
(2)本實驗用高深寬比電極分離效果較普通鍍膜電極要好很多，性能遠遠優於鍍膜形成的電極。
(3)現針對1、2、3、4四個觀測點的現象，簡要介紹了流聚焦形成水溶液小滴在溝道中的運動軌跡。示意圖如附圖2-5，分別模擬出層流，偏轉，分離和引出的圖示，分離完全，反應靈敏，操作簡單，可重複性強。
(4)由於實驗中沒有專門讓小液滴帶上電荷，而是用其自身所帶電荷，由於自身所帶電荷一般較小，更能體現此電極的三維立體場強較高，均一性較好。
權利要求
1.一種微溝道電極，它基底的溝道中有電極，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中。
2.如權利要求1所述的微溝道電極，其特徵在於所述的導電流體為以下之一種液體電解質、液體金屬、混合有導電物質的PDMS預聚物以及磁流體。
3.一種微流控分析晶片，晶片中有流體溝道，流體溝道旁是平行的兩個電極溝道，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中。
4.如權利要求3所述的微流控分析晶片，其特徵在於所述的導電流體為以下之一種液體電解質、液體金屬、混合有導電物質的PDMS預聚物。
5.如權利要求3或4所述的微流控分析晶片，其特徵在於流體溝道的寬度為5～2000微米，電極溝道與流體溝道之間保持5～200微米。
全文摘要
一種微溝道電極，它基底的溝道中有電極，其特徵在於溝道中的電極由導電流體和導體孔針構成，導體孔針插在導電流體中。本發明的微溝道電極和微流控分析晶片，結構簡單、便於製作、成本低廉，而且具有高深寬比，均一強電場達100KV/cm以上，適合於製作需要大面積均一電場的微流控分析晶片。在基底的溝道中通入不同的導電液體形成各種精度、響應速度不同的可集成於微溝道的電極。
文檔編號G01N33/50GK1963483SQ20061012509
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月22日 優先權日2006年11月22日
發明者趙興中, 劉侃, 丁會江 申請人:武漢大學