一種液滴陣列芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物化學(xué)分析領(lǐng)域，尤其涉及一種液滴陣列芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，基于液滴陣列的微全分析系統(tǒng)以其微型化、集成化、自動(dòng)化、通量化、快速、靈敏、便攜等優(yōu)點(diǎn)在生命分析化學(xué)研究等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，許多典型的實(shí)驗(yàn)操作，如混合、攪拌、取樣、計(jì)量等都可以在液滴陣列中進(jìn)行，并且，可實(shí)現(xiàn)多組分同時(shí)檢測(cè)。目前已有多種液滴陣列芯片投入實(shí)際使用，比如用于樣品DNA的制備、PCR反應(yīng)、電泳檢測(cè)、電噴霧離子質(zhì)譜檢測(cè)等。
[0003]然而，目前普遍采用的液滴結(jié)構(gòu)生成方法多是微流控芯片液滴技術(shù)，如常用的T型通道芯片技術(shù)、流式聚焦芯片技術(shù)和共軸流芯片技術(shù)，其基本原理是利用微通道中連續(xù)相液體提供的剪切力將分散相液體分割成快速流動(dòng)的液滴串。但這種方法不僅加工工藝復(fù)雜，更需要微流體驅(qū)動(dòng)器、液滴裝載器等輔助設(shè)備，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微液滴大小和均勻度的有效控制，成本較高，操作不便。另一方面，微流控芯片液滴技術(shù)因微通道的局限性，不能夠形成任意形狀及排布的液滴結(jié)構(gòu)，且易產(chǎn)生通道堵塞、流速不穩(wěn)等不良現(xiàn)象。此外，基于現(xiàn)有技術(shù)的電學(xué)篩選、光學(xué)操縱和氣動(dòng)閥技術(shù)等液滴生成的技術(shù)途徑難以實(shí)現(xiàn)同時(shí)大批量液滴的生成、捕獲、篩選及分析，限制了其在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—方面，本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供了一種液滴陣列芯片，本發(fā)明的液滴陣列芯片利用其表面的親疏水性可精確高效地生成大量形貌均一、可控的陣列式液滴結(jié)構(gòu)，為基于液滴的復(fù)雜生物化學(xué)應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
[0005]本發(fā)明的液滴陣列芯片，其包括:基底;所述基底具有相互交替排布的親水區(qū)和疏水區(qū)以形成親疏水陣列。
[0006]優(yōu)選地，所述親水區(qū)通過物理吸附親水材料或化學(xué)修飾親水性官能團(tuán)、親水性單分子層及親水性聚合物而形成于所述基底上。
[0007]優(yōu)選地，所述親水材料包括親水性有機(jī)物、親水性無機(jī)物和金屬材料。
[0008]更優(yōu)選地，所述親水性有機(jī)物選自以下物質(zhì)中的至少一種:丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸羥乙酯。
[0009]更優(yōu)選地，所述親水性無機(jī)物包含下列材料中的至少一種:砷化鎵、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鐵、氮氧化娃、氧化鋁和氮化鋁。
[0010 ]更優(yōu)選地，所述金屬材料包含下列材料中的至少一種:金、銀、銅、鈀和鈾。
[0011]更優(yōu)選地，所述親水性官能團(tuán)為以下官能團(tuán)中的至少一種:氨基、羧基、羥基、磺酸基、磷酸基和季銨陽離子。
[0012]更優(yōu)選地，所述親水性官能團(tuán)是通過等離子體處理或化學(xué)試劑處理的方法形成于所述基底上。
[0013]更優(yōu)選地，所述親水性單分子層由含有下列基團(tuán)的材料構(gòu)成:氨基、羧基、羥基、磺酸基、磷酸基和季銨陽離子。
[0014]更優(yōu)選地，所述親水性單分子層通過自組裝的方法形成于所述基底上。
[0015]更優(yōu)選地，所述親水性聚合物通過化學(xué)接枝的方法形成于所述基底上。
[0016]優(yōu)選地，所述疏水區(qū)通過物理吸附疏水材料或化學(xué)修飾疏水性官能團(tuán)、疏水性單分子層及疏水性聚合物而形成于所述基底上。
[0017]更優(yōu)選地，所述疏水性材料選自以下物質(zhì)中的至少一種:聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸六氟丁酯。
[0018]更優(yōu)選地，所述疏水性官能團(tuán)為以下官能團(tuán)中的至少一種:烴基、硝基、氟、氯。
[0019]更優(yōu)選地，所述疏水性官能團(tuán)是通過等離子體處理或化學(xué)試劑處理的方法形成于所述基底上。
[0020]更優(yōu)選地，所述疏水性單分子層由包含烴基、硝基、氟、氯的基團(tuán)的材料構(gòu)成。
[0021]更優(yōu)選地，所述疏水性單分子層通過自組裝的方法形成于所述基底上。
[0022]更優(yōu)選地，所述疏水性聚合物通過化學(xué)接枝的方法形成于所述基底上。
[0023]優(yōu)選地，所述基底由以下材料中的至少一種制備而成:硅、二氧化硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)二甲苯和聚酰亞胺。
[0024]優(yōu)選地，所述親疏水陣列包括平面液滴陣列。
[0025]優(yōu)選地，所述親疏水陣列中的親水區(qū)或疏水區(qū)形成為相對(duì)于基底下凹，從而使所述親疏水陣列形成為微腔或微孔液滴陣列。
[0026]優(yōu)選地，所述親疏水陣列中的親水區(qū)或疏水區(qū)形成為相對(duì)于基底向上凸出，從而使所述親疏水陣列形成為微柱液滴陣列。
[0027]優(yōu)選地，所述呈陣列排布的所述親水區(qū)或疏水區(qū)上設(shè)有水、水溶液、油、油水混合液、膠體溶液、納米顆粒溶液、生物大分子溶液、細(xì)胞液中的至少一種形成的液滴。
[0028]本發(fā)明還提供了制備所述的液滴陣列芯片的方法，所述方法包括:
[0029](I)提供基底；
[0030](2)在所述基底上形成由親水區(qū)和疏水區(qū)相互交替排布成的親疏水陣列。
[0031]優(yōu)選地，在所述步驟(2)中，通過選自下列處理方式中的一種或多于一種在所述基底上形成所述親疏水陣列，所述處理方式包括:紫外光刻、電子束光刻、納米壓印光刻、軟光亥|J、浸蘸筆納米加工刻蝕技術(shù)、近場(chǎng)掃描光刻技術(shù)、局部氧化光刻技術(shù)、微接觸印刷、絲網(wǎng)印刷、掩模噴涂法和/或等離子體處理及其拓展衍生技術(shù)。
[0032]優(yōu)選地，所述步驟(2)通過如下步驟實(shí)施:
[0033]在具有親水性或疏水性的基底上覆蓋排布有陣列圖案的掩膜板，從而對(duì)未被所述掩膜板覆蓋的區(qū)域進(jìn)行疏水性或親水性修飾；
[0034]其中，所述具有親水性或疏水性的基底為本身具有親水性或疏水性的基底，或?yàn)橥ㄟ^親水性或疏水性修飾而形成的基底。
[0035]優(yōu)選地，所述步驟(2)通過如下步驟實(shí)施:
[0036](21’)在具有親水性或疏水性的基底上覆蓋排布有陣列圖案的刻蝕掩膜，從而通過刻蝕方法在所述親水性或疏水性修飾的基底上形成陣列式微孔、微腔或微柱結(jié)構(gòu);所述具有親水性或疏水性的基底為本身具有親水性或疏水性的基底，或?yàn)橥ㄟ^親水性或疏水性修飾而形成的基底；
[0037](22’)對(duì)步驟(21 ’)得到的微孔、微腔或微柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行疏水性或親水性修飾。
[0038]更優(yōu)選地，所述刻蝕方法選自:干法刻蝕或濕法刻蝕。
[0039]優(yōu)選地，所述步驟(2)通過如下步驟實(shí)施:
[0040](21”)提供排布有陣列式微腔或微柱的彈性印模；
[0041 ] (22”)在所述彈性印模微腔或微柱區(qū)域涂布或浸劑疏水材料或親水材料；
[0042](23”)通過微接觸印刷方式將所述彈性印模上的疏水材料或親水材料轉(zhuǎn)印至具有親水性或疏水性的基底上;所述具有親水性或疏水性的基底為本身具有親水性或疏水性的基底，或?yàn)橥ㄟ^親水性或疏水性修飾而形成的基底。
[0043]更優(yōu)選地，所述排布有陣列式微腔或微柱的彈性印模通過軟光刻技術(shù)根據(jù)剛性母模獲得。
[0044]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0045]本發(fā)明的液滴陣列芯片利用其表面的親疏水性可精確高效地生成大量形貌均一、可控的陣列式液滴結(jié)構(gòu)，為基于液滴的復(fù)雜生物化學(xué)應(yīng)用提供基礎(chǔ)，同時(shí)具有成本低、可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的液滴陣列芯片可以用于微納自組裝，微反應(yīng)器，傳感器，PCR檢測(cè)，微納顆粒及細(xì)胞篩選，細(xì)胞及蛋白陣列化等。
[0046]本發(fā)明的液滴陣列芯片的制備方法操作簡(jiǎn)單、方便，可精確高效地制得形貌均一、可控的陣列式親水區(qū)，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線生產(chǎn)，制得的液滴陣列芯片性能優(yōu)良。
【附圖說明】
[0047]圖1是本發(fā)明制備液滴陣列芯片的方法的一種實(shí)施方式的流程圖；
[0048]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的液滴陣列芯片上形成的液滴陣列圖案效果圖；
[0049]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制得的液滴陣列芯片上形成的液滴陣列圖案效果圖；