CN103071554A - 一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

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叶嘉明
沙俊
王晓东
聂富强
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Abstract

本发明涉及一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微结构，原位制备了电渗泵，施加电场后，依靠电渗流的定向作用，实现溶液在微流控芯片上下进行循环往复的流动主要应用于生物测定和反应等相关领域。该微流控芯片操作简单、实现了微流体溶液的循环往复驱动，极大降低了微流体溶液进样的成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，为微量溶液在微流控芯片中的循环往复流动提供了一种全新的微量进样技术。

Description

一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微结构，原位制备了电渗泵，施加电场后，依靠电渗流的定向作用，实现溶液在微流控芯片上下进行循环往复的流动，主要应用于生物测定和反应等相关领域。
背景技术
微流控分析芯片作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛的应用，例如细胞生物学、分析化学、环境监测与保护、司法鉴定和药物合成筛选。在微流控分析芯片中，微流体溶液的循环往复流动是样品处理和分析的关键，例如生物测定和众多反应中就需要这样的操作。近年来，在微流控分析芯片上如何实现对微流体的循环往复驱动，已经成为微流控分析芯片技术中的研究难题和热点。
对微流控芯片中微流体的驱动可通过微泵实现。近年来，随着微流控技术的发展和成熟，研发了很多方法和器件，在一定程度上实现了对微流控芯片中微流体的驱动和控制，同时也存在一些局限性。在微泵研究方面，包括机械微泵和非机械微泵。例如，压力泵(机械或注射泵)操作简单、容易实现、成本低廉，但不易在芯片上实现小型化。热气动力微泵制动机理简单、条件要求低、适合批量生产，但由于热延迟，制动频率较低。静电微泵的特点是制动频率高、结构简单，但制动力较低。电磁微泵具有较大的制动力，工作电压低，但体积上没有优势。电流体动力微泵结构简单、容易加工、成本低，但对液流的介电性质要求苛刻。
然而，常规的溶液驱动技术很难在微通道中完成对微流体的微量循环往复驱动，电渗驱动是目前微流控分析芯片中使用最广的微流体驱动和控制技术，具有流速平稳、无脉冲、可实现无阀的液流切换。发展一种便捷、快速、高效、低成本的微流体定量进样技术，尤其是电渗泵驱动技术，应是微流控芯片上微泵的研究方向之一，目前尚未有实质性的突破。
发明内容
本发明的目的是提供了一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微结构，原位制备了电渗泵，施加电场后，依靠电渗流的定向作用，实现溶液在微流控芯片上下进行循环往复的流动主要应用于生物测定和反应等相关领域。
为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤：
(1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。
(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括电渗泵微通道、进样孔、样品通道和出样孔。
(3)将普通毛细管埋入电渗泵微通道，用环氧树脂进行固定与密封。
(4)利用双层粘性薄膜，将各层微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成定量进样的微流控芯片。
本发明中，循环往复驱动溶液的微流控芯片的基材可以是PMMA、PC、PVC、COC、铜、铝、不锈钢、硅片、玻璃圆片，也可是市售的各类普通CD光盘。
本发明中，循环往复驱动溶液的微流控芯片的芯片和粘性薄膜的微结构和微通道可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀制备，也可用软刻蚀技术制备。
本发明中，循环往复驱动溶液的微流控芯片是由两层芯片组成，各层芯片之间用粘性薄膜贴合，粘性薄膜可以是双层力致粘性薄膜，也可是普通双面胶薄膜。
本发明中，循环往复驱动溶液的微流控芯片的微通道的微/纳结构是由电渗泵微通道和溶液往复流动微通道两部分组成。
本发明中，循环往复驱动溶液的微流控芯片的微通道的电渗泵由毛细管组成，实现对微量溶液的循环往复驱动。
本发明提出的一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，操作简单、实现了微流体溶液的循环往复驱动，极大降低了微流体溶液进样的成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，在生物测定和反应等相关领域中具有良好的应用前景。
附图说明
图1.一种微/纳升定量进样的微流控芯片的结构示意图。
a.原位电渗泵，b.下芯片的溶液汇集转换区域，c.上芯片的溶液汇集转换区域，d.上/下芯片的溶液汇集转换区域。
具体实施方案
实施例1
用计算机辅助设计软件设计和绘制微流体流动可控的微流控芯片的两层芯片的微结构和微通道图形。利用数控CNC***加工制备两层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油渍等污渍。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。将普通毛细管埋入电渗泵微通道，用环氧树脂进行固定与密封。将两层芯片小心对齐、粘合、加压封合，制成循环往复驱动溶液的微流控芯片。将样品溶液通过进样电渗泵加入微流控芯片的进样注入孔，控制电压和进样时间，使溶液在一定的流速下进行循环往复流动，溶液从下芯片流向上芯片，再从上芯片流往下芯片的电渗泵的储液孔，最后实现了微量溶液在微流控芯片中的循环往复流动。
实施例2
用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片的两层芯片的微结构和微通道图形。利用数控CNC***加工制备两层圆片状聚碳酸酯(PC)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油渍等污渍。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。将普通毛细管埋入电渗泵微通道，用环氧树脂进行固定与密封。将两层芯片小心对齐、粘合、加压封合，制成循环往复驱动溶液的微流控芯片。将样品溶液通过进样电渗泵加入微流控芯片的进样注入孔，控制电压和进样时间，使溶液在一定的流速下进行循环往复流动，溶液从下芯片流向上芯片，再从上芯片流往下芯片的电渗泵的储液孔，最后实现了微量溶液在微流控芯片中的循环往复流动。

Claims (9)

1.一种循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微结构，原位制备了电渗泵，施加电场后，依靠电渗流的定向作用，实现溶液在微流控芯片上下进行循环往复的流动。
2.按权利要求1所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，其制作步骤如下：
(1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。
(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括电渗泵微通道、进样孔、样品通道和出样孔。
(3)将普通毛细管埋入电渗泵微通道，用环氧树脂进行固定与密封。
(4)利用双层粘性薄膜，将各层微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成定量进样的微流控芯片。
3.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片可以批量生产、多次利用、灵活设计与组装。
4.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片的微结构和微通道是通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀、软刻蚀技术的微加工方法在芯片基材表面制备，尺寸在微米级别。
5.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片是由两层芯片叠加而成，构成三维立体的微结构和微通道网络。
6.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片由微结构和微通道组成，微结构构造电渗泵，微通道用于微量流体的流动。
7.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片通过电渗泵产生的电渗流，实现对微量溶液的循环往复驱动。
8.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片可快速实现对微量溶液的循环往复驱动，无需任何额外的设备，操作简单，效率高。
9.按权利要求1或2所述的循环往复驱动溶液的微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种循环往复驱动溶液的微流控芯片具有便携、经济、快速、高效，在生物测定和反应所涉及的众多相关领域具有广泛的应用前景。
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