一種基於矽膠鍵合層的微流控體波分選晶片製備方法與流程

2024-01-31 19:06:15

本發明屬於微全分析系統領域，特別涉及一種基於矽膠鍵合層的微流控體波分選晶片製備方法。

背景技術：

微流控晶片技術起源於20世紀90年代，最初應用於分析化學領域，它以微通道為結構特徵，以生命科學為主要研究對象，通過微機電加工工藝（mems），將整個實驗室的功能包括樣片預處理、反應、分離、檢測等集成在微晶片上，使分析速度得到極大提高，具有集成度高，試劑消耗少，製作成本低，分析效率高等特點，具有極為廣泛的適用性和應用前景，是當前微全分析系統研究的重點。

對於粒徑小於聲波波長的流體中的粒子，超聲駐波能對其進行有效的免接觸式的操控。並且由於聲學檢測和操作方法對活體生物樣本的無損性，使其成為在微流系統中研究的新熱點。目前，在微流控系統中，一般通過溼法腐蝕的方法，在矽片等硬質材料上刻蝕出微網絡結構，用脈衝雷射器在矽片上鑽孔，再通過陽極鍵合的方式將玻璃鍵合到刻蝕微結構的矽片上形成聲波晶片。這種聲波晶片密閉性較好，但它要用到價值數百萬的陽極鍵合設備，提高了製備成本。且面臨著高溫高電壓的工作環境，不利於實驗員的生命安全。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種製備過程簡單，製備成本低且安全便捷的微流控體波分選晶片製備方法。

實現本發明的技術方案是：

所述的微流控體波分選晶片由載玻片，帶有駐波反應腔的矽片、壓電陶瓷片所構成，所述的載玻片上預先甩上一層聚二甲基矽氧烷，然後通過等離子鍵合機鍵合在矽片上面。

具體由以下步驟所構成：

1）利用氫氧化鉀（koh）溶液在矽片上腐蝕出所需的駐波反應溝道及其所需的進樣口、出樣口；

2）在壓電陶瓷片兩極引出兩根信號輸入導線後將壓電陶瓷片粘合在矽片的底部；

3）在載玻片上先開出與駐波反應腔進樣口、出樣口對應的通孔，然後在載玻片的一個面上通過勻膠機在高轉速下甩上一層聚二甲基矽氧烷（pdms）液態預聚物，待其固化後將此面朝下通過等離子體鍵合機鍵合在矽片有駐波反應溝道一面，載玻片的另一面在對應進樣口和出樣口位置周圍等離子鍵合上一層聚二甲基矽氧烷並在上面打出進樣孔和出樣孔，分別與矽片上的進樣口和出樣口相通。

本發明晶片的體波駐波來源於粘合在矽片底部的壓電陶瓷，其工作頻率由自身性質決定。調節輸入信號的強度和頻率，可以實現對細胞等生物活體樣品的分離。

本發明方法與現在方法相比，具有如下優點：此裝置加工簡易，無需再在矽片上鑽孔；成本低，製備過程不需要價格昂貴的陽極鍵合設備和特製的耐高溫玻璃；超聲駐波場的產生和調節可控；步驟安全便捷，無需在高溫高電壓實驗條件下操作。利用本發明能夠很容易地實現對細胞等生物活體樣品的分離、捕獲和操縱。據此，本發明可廣泛應用於生命科學、藥物科學和醫學等領域。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖。

圖2是本發明載玻片、矽片和壓電陶瓷片的相對位置示意圖。

圖中：1——壓電陶瓷片，2——環氧樹脂層，3——矽片，4——聚二甲基矽氧烷薄層，5——載玻片，6——聚二甲基矽氧烷厚層，7——進樣口，8——出樣口，9——駐波反應溝道，10——進樣孔，11——出樣孔。

圖3是現有技術（用陽極鍵合玻璃片和矽片形成超聲體波分選晶片）的應用效果圖。

圖4是本發明方法製備晶片的應用效果圖。

具體實施方式

下面結合附圖所示實施例對本發明的具體實施方式作進一步的介紹：

一、本發明方法製備產品：

1）利用氫氧化鉀（koh）溶液溼法腐蝕在矽片上製備出所需的駐波反應溝道及其所需的進樣口和出樣孔口；

2）在壓電陶瓷片兩極引出兩根信號輸入導線後用環氧樹脂將壓電陶瓷片粘合在矽片的底部；

3）在載玻片上先開出與駐波反應腔進樣口、出樣孔對應的通孔，然後在一個面上通過勻膠機在高轉速下甩上一層很薄的聚二甲基矽氧烷（pdms）液態預聚物，待其固化後將此面朝下通過等離子體鍵合機鍵合在矽片溝道上面。等離子鍵合機採用的是美國harrick公司型號pdc-002。鍵合過程只要將需要鍵合在一起的兩面在等離子體鍵合機的低功率檔處理下5分鐘，然後將這兩個表面的孔位對齊手動按壓在一起即可。另一面孔口位置周圍也前述鍵合過程同樣的操作鍵合上一層較厚的聚二甲基矽氧烷並在上面打出與進樣口、出樣口連通的進樣孔和出樣孔。

二、本發明方法製備的產品與現有技術產品的效果對比：

附圖3是用陽極健合設備製作的超聲體波分選晶片的應用效果圖。圖中是陽極鍵合方式製備的共振頻率為2m的體波晶片在樣品流速為500µl/h，正弦輸入電壓在10v的條件下對10um的聚苯乙烯球的聚集效果。由圖3可見10um的聚苯乙烯微球在通道中很明顯聚集到中間區域，可以達到粒子聚集的效果。

附圖4是本發明的應用效果圖。圖中是我們基於矽膠鍵合層製備的共振頻率為2m的體波晶片在樣品流速為500µl/h，輸入功率為15dbm時對15um二氧化矽球的聚集效果。圖中15um的二氧化矽微球在聲場作用下在通道中也很好聚集到中間區域成一條線狀排列。

從附圖3和附圖4可以看出，本發明在實際使用中，與現有技術產品具有相同的效果。