專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，屬于微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
紫外固化光膠是一種含有光引發(fā)劑的固化材料，在紫外光照射下產(chǎn)生活性自由基或陽(yáng)離子，引發(fā)單體聚合、交聯(lián)和接支化學(xué)反應(yīng)，使其由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。利用該性質(zhì)，選用其作為芯片基體材料。但不同紫外固化膠凝固后表現(xiàn)出不同的物理特性，所以一般會(huì)根據(jù)所要求的芯片強(qiáng)度、彈性、吸附性等物理特性考慮采用不同種類(lèi)的紫外固化光膠。目前報(bào)道的紫外固化光膠制作方法為以PDMS為模板，采用傳統(tǒng)的PDMS模具制作方法形成通道，并將光膠澆注在PDMS上成形，清洗后形成需要的通道結(jié)構(gòu)。Microfluidicstickers DenisBartolo, Guillaume Degre， Philippe NghebandVincent Studer, LabChip, 2008，8，274-279。但是采用PDMS作為模板時(shí)，芯片厚度和光滑度很難控制，且模板制作周期長(zhǎng)，操作繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中操作繁瑣的問(wèn)題，提供一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，具體步驟如下步驟一金屬基片的制作在表面光滑的基片上用等離子濺射金屬涂層后，再經(jīng)過(guò)等離子清洗處理，備用；步驟二 圍堰的打印與制作采用繪圖軟件繪制圍堰形狀并打印到菲林掩膜上，將得到的打印有圍堰形狀的菲林掩膜中心掏空，清洗干凈，吹干待用；紫外固化光膠在未經(jīng)紫外照射時(shí)是一種粘稠狀液體，所以在制作芯片時(shí)要利用圍堰防止液體無(wú)規(guī)則擴(kuò)散，以確定芯片的邊緣形狀；步驟三將步驟二所得的圍堰放置于步驟一所得的金屬基片上，向圍堰內(nèi)注入紫外固化光膠；步驟四將空白的菲林掩膜剪裁成圍堰大小，覆蓋于步驟三注有紫外固化光膠的圍堰上，再用光刻機(jī)紫外固化成型，形成基底層；步驟五重復(fù)步驟三，將印有微流控芯片通道形狀的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化形成芯片有通道的中間層；步驟六重復(fù)步驟三，將印有注液孔的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化形成帶孔的蓋片層；步驟七將步驟五和步驟六制得的中間層和蓋片層從金屬基片上取下后，用有機(jī)試劑清洗，以便去除未反應(yīng)的紫外固化光膠；
步驟八將清洗過(guò)的中間層對(duì)準(zhǔn)疊放在步驟四所得的基底層上，通過(guò)光刻機(jī)紫外光照鍵合；再將蓋片層對(duì)準(zhǔn)放在之前已經(jīng)鍵合好的基底層和中間層上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外光照鍵合，即形成所需要的微流控芯片。根據(jù)具體需要還可以對(duì)芯片進(jìn)行老化處理，處理方法為50°C下老化24小時(shí)，待用。芯片老化可以去殘余與未固化紫外固化光膠并增加成品芯片的機(jī)械強(qiáng)度和透明度。根據(jù)具體需要，還可以用兩性聚合物對(duì)菲林掩膜表面進(jìn)行改性，兩性聚合物包括聚乙二醇，吐溫，triton。步驟一所述的表面光滑的基片可以為硅片、拋光玻璃片、載玻片等能濺射金屬的光滑表面；金屬層為鉻、鎳、金、鉬金等附著力強(qiáng)的20-500納米的薄層；等離子清洗時(shí)間 1-10分鐘。步驟二所述的圍堰制厚度為20-100um，當(dāng)所需厚度需要加強(qiáng)時(shí)采用多層圍堰疊加。步驟三所述的圍堰固定于金屬基片上時(shí)，采用微量紫外固化膠固定，紫外固化時(shí)間10-30秒。在圍堰內(nèi)紫外固化膠采用定量注射器加注，光刻機(jī)紫外固化時(shí)間2-300秒。中間層根據(jù)需要制作不同的形狀，并制作對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，光刻機(jī)紫外固化時(shí)間
2-300秒。步驟六所述注液孔的數(shù)量至少為2個(gè)；注液孔的位置需在中間層的通道上。步驟七所述的有機(jī)試劑包括丙酮或乙腈與酒精的混合液，混合濃度(體積比)丙酮酒精100% -20% ;乙腈酒精30-100% O步驟八所述的光照鍵合時(shí)間為15-300秒。有益效果本發(fā)明的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法中，紫外固化光膠具有較好的流動(dòng)性與相對(duì)較低的粘性，在紫外光照射下可迅速固化，而未經(jīng)照射的部分仍保持流體狀態(tài)，可被有機(jī)溶劑沖洗。根據(jù)該特性設(shè)計(jì)了多層疊加法，通過(guò)該法制成芯片的每層結(jié)構(gòu)，再經(jīng)層層疊加構(gòu)成芯片內(nèi)功能結(jié)構(gòu)，本方法摒棄了傳統(tǒng)制作模板的工藝，并且具有高效、快速、操作簡(jiǎn)單、可制作空間多層多維微結(jié)構(gòu)的特性。具體而言是適合微量下各種長(zhǎng)度DNA片段的擴(kuò)增及分離分析、氨基酸與蛋白質(zhì)的分離分析、有機(jī)無(wú)機(jī)小分子及金屬離子的分離分析等通用的微流控芯片制作方法。


圖I為微流控芯片試驗(yàn)裝置微流控芯片工藝流程。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，具體步驟如下，如圖I所示步驟一金屬基片的制作在表面光滑的玻璃拋光片上用等離子濺射鉻金屬涂層20nm,再經(jīng)過(guò)等離子清洗處理3分鐘，備用；
步驟二 圍堰的打印與制作因紫外固化光膠在未經(jīng)紫外照射時(shí)是一種粘稠狀液體，所以在制作芯片時(shí)要利用圍堰防止液體無(wú)規(guī)則擴(kuò)散，以確定芯片的邊緣形狀。具體步驟是采用Al繪圖軟件繪制圍堰形狀并打印到菲林掩膜上，將得到的打印有圍堰形狀的菲林掩膜中心掏空，清洗干凈，吹干待用；步驟三將步驟二所得的圍堰放置于步驟一所得的鉻板上，向圍堰內(nèi)注入紫外固化光膠；步驟四將空白的菲林掩膜剪裁成圍堰大小，菲林掩膜用混合了水溶液的聚乙二醇400浸潰20min (混合體積比為聚乙二醇400 :水=1:4)，之后用去離子水洗凈吹干覆蓋于步驟三的圍堰上，再用光刻機(jī)紫外固化30s，形成基底層；步驟五重復(fù)步驟三和步驟四(為了增加腔室深度，圍堰增加至兩層)，將印有微流控芯片通道形狀的菲林掩膜(處理方法同步驟四)覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化15s形成芯片有通道的中間層；·步驟六重復(fù)步驟三和步驟四，將印有微流控芯片與步驟五對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液口形狀的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化30s形成帶孔的蓋片層；步驟七將步驟五和步驟六制得的中間層和蓋片層從金屬基片上取下后，用丙酮與乙醇的混合液(體積比4 I)清洗，以便去除未反應(yīng)的紫外固化光膠；步驟八將基底層放置在加熱制冷片(用于實(shí)現(xiàn)溫度控制)上通過(guò)光刻機(jī)紫外光照25s鍵合，之后將清洗過(guò)的中間層對(duì)準(zhǔn)疊放在基底層上，通過(guò)光刻機(jī)紫外光照25s鍵合，再將蓋片層對(duì)準(zhǔn)放在之前已經(jīng)鍵合好的基底層和中間層上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外光照25s鍵合，即形成所需要PCR芯片。將制作好的芯片放置于50°C烘箱內(nèi)老化24小時(shí)，待用。PCR芯片描述芯片無(wú)色透明(加熱制冷片為乳白色)，具有良好的光學(xué)特性和機(jī)械強(qiáng)度。芯片整體尺寸23mmX23mm，內(nèi)并行五個(gè)PCR反應(yīng)腔室，每個(gè)腔室尺寸28mmX2mm，容納液體量15ul，并配有加樣池用以加入PCR反應(yīng)混合液。芯片中央內(nèi)置傳感器用以實(shí)現(xiàn)溫度控制。PCR芯片的應(yīng)用將引物，酶和模板等的mix混合物加入到芯片的腔室內(nèi)，用紫外光照固化膠通過(guò)光照密封，之后將PCR芯片連接至溫控單元，在電腦控制端，輸入變性，延伸，退火溫度，設(shè)置循環(huán)次數(shù)等相關(guān)參數(shù)，開(kāi)始芯片內(nèi)的PCR循環(huán)。PCR芯片應(yīng)用性的對(duì)比驗(yàn)證采用傳統(tǒng)的PCR儀與PCR芯片進(jìn)行對(duì)比，對(duì)一片斷長(zhǎng)度為80bp的基因進(jìn)行擴(kuò)增，采用相同量的PCR混合液和相同的擴(kuò)增體系，之后通過(guò)凝膠電泳可以觀測(cè)得到與PCR儀完全一致的擴(kuò)增條帶。實(shí)施例2一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，具體步驟如下步驟一金屬基片的制作在表面光滑的玻璃拋光片上用等離子濺射鉻金屬涂層20nm,再經(jīng)過(guò)等離子清洗處理3分鐘，備用；步驟二 圍堰的打印與制作因紫外固化光膠在未經(jīng)紫外照射時(shí)是一種粘稠狀液體，所以在制作芯片時(shí)要利用圍堰防止液體無(wú)規(guī)則擴(kuò)散，以確定芯片的邊緣形狀。具體步驟是采用Al繪圖軟件繪制圍堰形狀并打印到菲林掩膜上，將得到的打印有圍堰形狀的菲林掩膜中心掏空，清洗干凈，吹干待用；步驟三將步驟二所得的圍堰放置于步驟一所得的鉻板上，向圍堰內(nèi)注入紫外固化光膠；步驟四將空白的菲林掩膜剪裁成圍堰大小之后用去離子水洗凈吹干覆蓋于步驟三的圍堰上，再用光刻機(jī)紫外固化30s，形成基底層；步驟五重復(fù)步驟三和步驟四，將印有微流控芯片通道形狀的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化IOs形成芯片有通道的中間層；步驟六重復(fù)步驟三和步驟四，將印有微流控芯片與步驟五對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)液口形狀的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化30s形成帶孔的蓋片層；步驟七將步驟五和步驟六制得的中間層和蓋片層從金屬基片上取下后，用丙酮與乙醇的混合液(體積比4 I)清洗，以便去除未反應(yīng)的紫外固化光膠；步驟八將基底層放置在載玻片(只是用作支持)上通過(guò)光刻機(jī)紫外光照25s鍵 合，之后將清洗過(guò)的中間層對(duì)準(zhǔn)疊放在基底層上，通過(guò)光刻機(jī)紫外光照25s鍵合，再將蓋片層對(duì)準(zhǔn)放在之前已經(jīng)鍵合好的基底層和中間層上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外光照25s鍵合。步驟九將PDMS與固化劑以10 I的比例混合脫氣，澆筑成O. 5mm厚度的薄膜后與步驟八做好的芯片鍵合(PDMS為透氣材料，保證細(xì)胞的正常生長(zhǎng))，將進(jìn)液口和出液口分別連接PTFE管，用于培養(yǎng)液的輸送和導(dǎo)出。將制作好的芯片放置于50°C烘箱內(nèi)老化24小時(shí)，待用。細(xì)胞培養(yǎng)芯片描述芯片無(wú)色透明(載玻片也為無(wú)色透明)，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和光學(xué)特性，能夠在倒置光學(xué)顯微鏡下實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)細(xì)胞的活性監(jiān)測(cè)。芯片整體尺寸40mmX 24mm,內(nèi)有一培養(yǎng)腔室，尺寸7mmX 5mm，容納液體量14ul，用以導(dǎo)入細(xì)胞和培養(yǎng)液的通道寬度為200um。芯片進(jìn)液口與出液口分別連接聚四氟乙烯導(dǎo)管。細(xì)胞培養(yǎng)芯片的應(yīng)用將細(xì)胞以一定密度接種到芯片中，將其放置于37°C 5% CO2的培養(yǎng)箱內(nèi)，通過(guò)微泵將培養(yǎng)液導(dǎo)入到芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的連續(xù)培養(yǎng)。細(xì)胞培養(yǎng)芯片應(yīng)用性的對(duì)比驗(yàn)證采用傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)皿與細(xì)胞培養(yǎng)芯片進(jìn)行對(duì)t匕，結(jié)果顯示細(xì)胞可在細(xì)胞培養(yǎng)微流控芯片上維持正常生長(zhǎng)一個(gè)星期以上，并且在芯片內(nèi)部的形態(tài)與正常培養(yǎng)皿內(nèi)的細(xì)胞并無(wú)區(qū)別。
權(quán)利要求
1.一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于具體步驟如下步驟一金屬基片的制作在表面光滑的基片上用等離子濺射金屬涂層后，再經(jīng)過(guò)等離子清洗處理，備用；步驟二 圍堰的打印與制作采用繪圖軟件繪制圍堰形狀并打印到菲林掩膜上，將得到的打印有圍堰形狀的菲林掩膜中心掏空，清洗干凈，吹干待用；步驟三將步驟二所得的圍堰放置于步驟一所得的金屬基片上，向圍堰內(nèi)注入紫外固化光膠；步驟四將空白的菲林掩膜剪裁成圍堰大小，覆蓋于步驟三注有紫外固化光膠的圍堰上，再用光刻機(jī)紫外固化成型，形成基底層；步驟五重復(fù)步驟三，將印有微流控芯片通道形狀的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化形成芯片有通道的中間層；步驟六重復(fù)步驟三，將印有注液孔的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化形成帶孔的蓋片層；步驟七將步驟五和步驟六制得的中間層和蓋片層從金屬基片上取下后，用有機(jī)試劑清洗，以便去除未反應(yīng)的紫外固化光膠；步驟八將清洗過(guò)的中間層對(duì)準(zhǔn)疊放在步驟四所得的基底層上，通過(guò)光刻機(jī)紫外光照鍵合；再將蓋片層對(duì)準(zhǔn)放在之前已經(jīng)鍵合好的基底層和中間層上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外光照鍵合，即形成所需要的微流控芯片。
2.如權(quán)利要求I所述的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于 根據(jù)具體需要，還可以用兩性聚合物對(duì)菲林掩膜表面進(jìn)行改性，兩性聚合物包括聚乙二醇，吐溫，triton ;根據(jù)具體需要還可以對(duì)芯片進(jìn)行老化處理，處理方法為50°C下老化24 小時(shí)待用。
3.如權(quán)利要求I所述的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于 步驟一所述的表面光滑的基片為能濺射金屬的基片，包括硅片、拋光玻璃片、載玻片；金屬層為鉻、鎳、金、鉬金等附著力強(qiáng)的20-500納米的薄層；等離子清洗時(shí)間1-10分鐘。
4.如權(quán)利要求I所述的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于 步驟三所述的圍堰固定于金屬基片上時(shí)，采用微量紫外固化膠固定，紫外固化時(shí)間10-30 秒。
5.如權(quán)利要求I所述的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于 步驟六所述注液孔的數(shù)量至少為2個(gè)；注液孔的位置需在中間層的通道上。
6.如權(quán)利要求I所述的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于 步驟七所述的有機(jī)試劑包括丙酮或乙腈與酒精的混合液，混合濃度(體積比)丙酮酒精 100% -20% ;乙腈酒精 30-100% O
7.如權(quán)利要求I所述的一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，其特征在于 步驟八所述的光照鍵合時(shí)間為15-300秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用紫外固化光膠制作微流控芯片的方法，屬于微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域。具體步驟為圍堰放置于濺射金屬涂層的基片上；向圍堰內(nèi)注入紫外固化光膠；然后分別將空白的菲林掩膜、印有微流控芯片通道形狀的菲林掩膜、印有注液孔的菲林掩膜覆蓋于圍堰上，再通過(guò)光刻機(jī)紫外固化，形成基底層、中間層和蓋片層；將三層對(duì)準(zhǔn)后通過(guò)光刻機(jī)紫外光照鍵合，即形成所需要的微流控芯片。本方法摒棄了傳統(tǒng)制作模板的工藝，并且具有高效、快速、操作簡(jiǎn)單、可制作空間多層多維微結(jié)構(gòu)的特性。具體而言是適合微量下各種長(zhǎng)度DNA片段的擴(kuò)增及分離分析、氨基酸與蛋白質(zhì)的分離分析、有機(jī)無(wú)機(jī)小分子及金屬離子的分離分析等通用的微流控芯片制作方法。
文檔編號(hào)B01L3/00GK102921480SQ20121041545
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者鄧玉林, 李 瑞, 徐建棟, 丁惠, 代唯強(qiáng), 胡曉明, 慶宏, 李勤, 戴榮繼 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)