專利名稱：一種以噴墨打印通道為模板制作微流控芯片的方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控芯片制作過程中的模板制備技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別提供了一種以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
作為一項(xiàng)新興技術(shù),微流控芯片(Microfluidics, Lab-on-a_chip)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。其具有低樣品消耗、耗時(shí)少、微型化、集成化及可實(shí)現(xiàn)高通量分析等優(yōu)勢(shì)。
光刻是微流控芯片模板制作中最為常用的技術(shù)。它是利用光成像和光敏膠在基片上圖案化的過程將掩膜置于光源與光刻膠之間，用紫外光等透過掩膜對(duì)光刻膠進(jìn)行選擇性照射，受光照部分的光刻膠發(fā)生化學(xué)變化而變性(由于膠種類的不同交聯(lián)或聚合)。經(jīng)后續(xù)顯影處理對(duì)此部分光刻膠進(jìn)行去除或保留，從而完成芯片模板的制作[林炳承，秦建華， 圖解-微流控芯片實(shí)驗(yàn)室.2008]。
但傳統(tǒng)光刻模板的過程還存在以下不足1、光刻過程中要使用專業(yè)的昂貴的儀器設(shè)備(甩膠機(jī)、熱板、紫外曝光機(jī)等)；2、使用的光刻膠成本高且具有刺激性；3、顯影過程中要使用大量的有機(jī)試劑(乳酸乙酯、異丙醇)；4、產(chǎn)生的通道截面為方形，不利于氣動(dòng)泵閥芯片的封閉。本發(fā)明涉及以直接噴墨打印掩膜為模板并與氣壓膜方法相結(jié)合替代常規(guī)光刻模板的制作過程，設(shè)備成本低廉、制作方法簡(jiǎn)單、環(huán)境友好。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以噴墨打印通道為模板制作微流控芯片的方法及應(yīng)用， 該方法解決了常規(guī)光刻模板制作過程中儀器設(shè)備昂貴、專業(yè)要求度高、有機(jī)試劑消耗量大、 泵閥中方形通道封閉困難等問題。
本發(fā)明的目的是提供一種以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，該方法的具體步驟如下
——在投影膜上用普通辦公用噴墨打印機(jī)打印出模板，打印模板高度為7-8 μ m ;
——在打印模版上倒入PDMS (單體引發(fā)劑=10 :1)，待60° C下一小時(shí)PDMS固化后，便在其表面刻下了打印通道的形狀、形成“一次通道”，但此時(shí)通道表面粗糙；
——在“一次通道”一端打孔，并且在其表面利用等離子體方法封接上一層約 40 μ m厚的PDMS膜，形成氣路通道；
—在上述氣路通道加入O.01-0. 04MPa的正氣壓，將膜頂起，形成一個(gè)氣壓膜反模模板；
——在“氣壓膜模板”上倒入PDMS (單體引發(fā)劑=10 :1)，并在80° C下保持充氣狀態(tài)至PDMS固化；
—揭下上層PDMS層，其表面形成“二次通道”。
本發(fā)明提供的以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述打印機(jī)為普通辦公用噴墨打印機(jī)，其打印通道的寬度由打印線條的寬度所決定，打印的模板高度由噴墨打印機(jī)本身的噴墨高度所決定(一般為7-8微米)。理論上，噴蠟等其它類型的打印機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)此過程。本發(fā)明提供的以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述打印基質(zhì)為普通塑料投影膜，由于其高溫下會(huì)產(chǎn)生變性，所以在形成“一次通道”過程中，將PDMS的固化溫度由80 ° C降為60 ° C，時(shí)間相應(yīng)有40分鐘增至60分鐘。本發(fā)明提供的以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述“氣壓膜模板”實(shí)際上就是在“一次通道”基礎(chǔ)上形成的氣路通道；所以“二次通道”與“一次通道”相比結(jié)構(gòu)是完全一致的，只是通道的光滑度、均一度、高度等與“一次通道”相比有較大的提升。本發(fā)明提供的以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述“二次通道”的寬度由打印模板的寬度所決定，而通道高度可以由“氣壓膜模板”中施加的氣壓所控制，氣壓越大高度越高。 本發(fā)明的創(chuàng)造性在于利用打印通道為模板與“氣壓膜方法”相結(jié)合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)光刻模板制作微流控芯片，為非微流控芯片專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室提供了一種簡(jiǎn)單便捷的制片方法。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、無需昂貴的光刻設(shè)備；2、無需硅片等光刻板，成本低廉；3、操作簡(jiǎn)單易控；4、節(jié)約能源，環(huán)境友好；5、所得通道為弧形，更有利于泵閥的操控。


圖I以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法流程圖；圖2通道表征圖；a_b :利用打印模板產(chǎn)生“一次通道”的俯視及剖面圖；c_d :利用“一次通道”制作的氣壓膜模板產(chǎn)生“二次通道”的俯視及剖面圖；圖3在“二次通道”形成過程中，其通道的高度隨氣壓膜內(nèi)氣壓的改變而變化；圖4利用本發(fā)明方法制作電泳芯片的結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物圖；圖5利用本發(fā)明方法制作電泳芯片的穩(wěn)定性考察；圖6利用本發(fā)明方法制作電泳芯片的分離效果考察；圖7利用本發(fā)明方法制作泵閥芯片的結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物圖；圖8方形通道與弧形通道作為氣路時(shí)，氣動(dòng)泵閥閉合原理示意圖；圖9利用本發(fā)明方法制作泵閥芯片中泵閥的工作流程實(shí)物圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例I :以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，如圖I所示，其具體步驟如下——在投影膜上用普通辦公用噴墨打印機(jī)打印出打印模板；——在打印模板上倒入PDMS (單體引發(fā)劑=10 :1)，在60° C下固化I小時(shí)后，在PDMS表面刻下了打印通道的形狀，形成“一次通道”；—在“一次通道”一端打孔，并且在其表面利用等離子體方法封接上一層約40 μ m厚的PDMS膜，形成氣路通道；
—在上述氣路通道加入O.01-0. 04MPa的正氣壓，將膜頂起，形成一個(gè)氣壓膜模板；——在“氣壓膜模板”上倒入10 :1的PDMS，并在80° C下保持充氣狀態(tài)至PDMS固化；—揭下上層PDMS層，PDMS面形成“二次通道”。實(shí)施例2 以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，如圖2所示，利用打印模板產(chǎn)生的“一次通道”非常粗糙，并且高度只有7-8微米，這樣的通道無法滿足微流控相關(guān)的實(shí)驗(yàn)要求；而利用“一次通道”制作的氣壓膜模板產(chǎn)生的“二次通道”，在保留了 “一次通道”結(jié)構(gòu)的同時(shí)又從根本上改變了“一次通道”的表面性質(zhì)，使其變得均一、光滑且深度加深。 實(shí)施例3 以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，如圖3所示，“二次通道”的通道高度可以由氣壓膜模板內(nèi)氣壓的大小所調(diào)控且產(chǎn)生的通道為弧形。實(shí)施例4:以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，可以用于制作十字電泳芯片。如圖4所示，該芯片有十字型排列的兩條通道組成，一條為進(jìn)樣通道；另外一條為分離通道。本發(fā)明以FITC (10^7mol/L)及DNAmarker (原液100倍稀釋)為對(duì)象分別對(duì)該電泳芯片的穩(wěn)定性及分離效果進(jìn)行考察(激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè))，其電泳分離條件如下FITC電泳條件
緩沖池電泳時(shí)間
1234
Reservoir positionTinierv)
翅:樣‘ jrB j玉/ TA■ · __"■故個(gè) 220O慫個(gè)30 Injection voltage (K)
分離屯)k (H
' O 22。 220 1200伽
Separationvoltage (F)_DNA marker 分離條件
緩沖池 ^ ^ ^ ^ 電泳時(shí)間 12 3 4 Reservoir position______Time (λ)崽 Y'· 220O
Injection voltage (V)______
分離電壓(F)
O200 200 860 500 Separation voltage (Γ)______如圖5所示，F(xiàn)ITC樣品的六次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的分離結(jié)果出峰時(shí)間基本相同，說明本電泳芯片的穩(wěn)定性良好。又如圖6所示，DNA marker樣品中分子量不同的六個(gè)片段可以較好的得到分離，說明本芯片的分離效果良好。實(shí)施例5
以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，可以用于制作氣動(dòng)泵閥芯片。如圖7及圖8所示，氣動(dòng)微閥是指利用芯片下層氣路內(nèi)氣壓的大小來調(diào)節(jié)中間隔膜的形變量，從而對(duì)上層液路的開放與閉合進(jìn)行調(diào)控；而并列放置的三個(gè)微閥通過特定順序的開關(guān)可以組成一個(gè)微泵。例如圖7中，氣路通道123、567分別組成兩組微泵，而其它單獨(dú)的氣路通道為微閥。如圖8所示，在中間隔膜的形變量相同的情況下，弧形通道中的微閥更容易閉合，這是本發(fā)明與傳統(tǒng)方法相比最明顯的優(yōu)勢(shì)之一。如圖9所示，在程序化電磁閥的控制下，可以實(shí)現(xiàn)三組微閥的順序開關(guān)，從而在液路中起到類似于蠕動(dòng)泵的作用，使液路內(nèi)的液體脈沖式流動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下—在投影膜上用普通辦公用噴墨打印機(jī)打印出打印模板；——在打印模板上倒入PDMS，在50-60° C下固化60-90min后，在PDMS表面刻下了打印通道的形狀，形成“一次通道”；——在“一次通道”一端打孔，并且在其表面利用等離子體方法封接上一層約 40-100 μ m厚的PDMS膜，形成氣路通道；——在上述氣路通道加入正氣壓，將膜頂起，形成一個(gè)氣壓膜模板；——在“氣壓膜模板”上倒入PDMS，并在60-80° C下保持充氣狀態(tài)至PDMS固化；——揭下上層PDMS層，PDMS面形成“二次通道”。
2.按照權(quán)利要求I所述以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于所述的打印模板為打印機(jī)打印出的墨線。
3.按照權(quán)利要求I所述以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于所述打印模板高度為7-8 μ m。
4.按照權(quán)利要求I所述以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于所述“二次通道”的截面為弧形。
5.按照權(quán)利要求I所述以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于所述PDMS為單體引發(fā)劑=10 :1。
6.按照權(quán)利要求I所述以噴墨打印通道為模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于所述正氣壓為O. 01-0. 04MPa。
7.以權(quán)利要求I所述方法制備出的弧形通道微流控芯片應(yīng)用在芯片電泳、芯片泵閥集成領(lǐng)域。
全文摘要
一種以噴墨打印通道為模板制作微流控芯片的方法及應(yīng)用，本發(fā)明直接以辦公用噴墨打印機(jī)打印出的掩膜為模具，并將其產(chǎn)生的微通道與氣壓膜方法相結(jié)合作為反模，最終得到的微流控芯片具有弧形的、高度可調(diào)節(jié)的、光滑均一的微通道。本發(fā)明制作微通道的方法與傳統(tǒng)軟光刻方法相比簡(jiǎn)單、快速、成本低廉、環(huán)境友好、且無需專業(yè)設(shè)備；期望為非微流控芯片專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室提供一種簡(jiǎn)單便捷的方法來制作微流控芯片，并且在芯片電泳及泵閥集成自動(dòng)化控制中得到應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01D57/02GK102935391SQ20121040841
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者秦建華, 張旭, 姜雷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所