專利名稱：一種基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，該微流控芯片表面有微結構和微通道，通過PH響應性分子對微通道表面進行改性，在不同pH刺激下，微通道的表面形貌和化學構型的可逆性變化導致表面浸潤性的變化，控制微流體在微通道表面的運動，從而實現(xiàn)對微流體流動進行控制的智能微泵，主要應用于電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關領域。
背景技術：
微流控分析芯片作為一種新型的分析平臺具有微型化、自動化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點，已經(jīng)在很多領域獲得了廣泛的應用，例如細胞生物學、分析化學、環(huán)境監(jiān)測與保護、司法鑒定和藥物合成篩選。在微流控分析芯片中，微量液體的精確進樣是樣品處理和分析的關鍵，例如微流控芯片電泳分離、色譜分離、免疫分析中就需要這樣的操作，這是由于微流控分析芯片的特點就要對微觀尺度下的微流體進行操作和控制，而作為操作和控制對象的流體量又極其微小，導致微流體的流動特性與宏觀有很大的不同，在宏觀尺度下可以忽略的現(xiàn)象在微觀尺度下成為流體流動的主要影響因素。近年來，在微流控分析芯片上如何實現(xiàn)對微流體的驅動和控制，已經(jīng)成為微流控分析芯片技術中的研究難題和熱點。對微流控芯片中微流體的驅動可通過微泵來實現(xiàn)。近年來，隨著微流控技術的發(fā)展和成熟，研發(fā)了很多方法和器件，在一定程度上實現(xiàn)了對微流控芯片中微流體的驅動，同時也存在一些局限性。在微泵研究方面，包括機械微泵和非機械微泵。例如，壓力泵(機械或注射泵)操作簡單、容易實現(xiàn)、成本低廉，但不易在芯片上實現(xiàn)小型化。熱氣動力微泵制動機理簡單、條件要求低、適合批量生產(chǎn)，但由于熱延遲，制動頻率較低。靜電微泵的特點是制動頻率高、結構簡單，但制動力較低。電磁微泵具有較大的制動力，工作電壓低，但體積上沒有優(yōu)勢。電流體動力微泵結構簡單、容易加工、成本低，但對液流的介電性質要求苛刻。電滲驅動是目前微流控分析芯片中使用最廣的微流體驅動和控制技術，具有流速平穩(wěn)、無脈沖、可實現(xiàn)無閥的液流切換，但要求材料表面能提供電荷，高壓電源不易微型化，以及存在發(fā)熱和氣泡問題。目前，對微流體的驅動和控制的研究則多集中在修飾層分子構型物理響應，例如凝膠溫度或PH響應，但微觀尺度下的原位制備、制備過程復雜、條件苛刻等限制了它們的應用。因此，通過控制表面浸潤性的變化來驅動微流控芯片中的微流體，應是微流控芯片上微閥/微泵的研究方向之一。然而，常規(guī)技術很難在微通道中完成對微流體的智能驅動，因此，通過調控pH的變化來控制表面浸潤性的變化從而驅動微流控芯片中的微流體，發(fā)展一種便捷、快速、高效、低成本的微流體驅動技術，應是微流控芯片上微泵的研究方向之一，目前尚未有實質性的突破。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供了一種基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，該微流控芯片表面有微結構和微通道，通過pH響應性分子對微通道表面進行改性，在不同pH刺激下，微通道的表面形貌和化學構型的可逆性變化導致表面浸潤性的變化，控制液流體在微通道表面的運動，從而實現(xiàn)對微流體流動進行控制的智能微泵，主要應用于電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關領域。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟(I)用計算機輔助設計軟件設計和繪制微流控芯片中各層芯片的微結構和微通道圖形。(2)通過微加工技術在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結構和微通道，包括進樣孔、分離主通道和分離分通道。(3)利用雙層粘性薄膜，將各層微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動可控的微流控芯片。(4)在微通道進行pH響應性分子對微通道的表面改性。(5)在微流體通道中切換溶液的pH值，微通道表面的浸潤性從親水至疏水進行轉換。本發(fā)明中，基于微流控芯片的pH響應微泵的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、銅、鋁、不銹鋼、硅片、玻璃圓片，也可是市售的各類普通CD光盤。本發(fā)明中，基于微流控芯片的pH響應微泵的微流控芯片和粘性薄膜的微結構和微通道可以通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕制備，也可用軟刻蝕技術制備。本發(fā)明中，基于微流控芯片的pH響應微泵的微流控芯片是由兩層芯片組成，各層芯片之間用粘性薄膜貼合，粘性薄膜可以是雙層力致粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。本發(fā)明中，基于微流控芯片的pH響應微泵的微流控芯片的微通道是用pH響應性分子進行表面修飾的。本發(fā)明中，基于微流控芯片的pH響應微泵的微流控芯片的pH響應性分子在不同的pH產(chǎn)生親水和疏水的變化。本發(fā)明提出的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，操作簡單、實現(xiàn)了微流體的智能驅動，極大降低了微流體驅動的成本，具有便攜、經(jīng)濟、快速、高效的特點，在電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關領域中具有良好的應用前景。


圖1. pH響應微泵的微流控芯片的結構示意圖。a.溶液入口，b. pH響應性分子修飾的微結構，c.微流體，d. pH響應性分子在pH調控下發(fā)生表面浸潤性的變化來驅動微流體，e.溶液出口。
具體實施方案實施例1用計算機輔助設計軟件設計和繪制微流體流動可控的微流控芯片的兩層芯片的微結構和微通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備兩層聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結構和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工制備所需的微結構和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成基于微流控芯片的智能微泵。將樣品溶液加入微流控芯片的進樣注入孔，溶液在外置蠕動泵的驅動下進入微通道中，在微通道的微泵區(qū)域，表面對溶液的PH值進行響應，獲得親水和疏水的切換，最后實現(xiàn)了微泵對微流體的智能驅動。實施例2用計算機輔助設計軟件設計和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結構和微通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備兩層圓片狀聚碳酸酯(PC)芯片的微結構和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機加工制備所需的微結構和微通道。將兩層芯片小心對齊、粘合、力口壓封合，制成基于微流控芯片的智能微泵。將樣品溶液加入微流控芯片的進樣注入孔，溶液在外置蠕動泵的驅動下進入微通道中，在微通道的微泵區(qū)域，表面對溶液的PH值進行響應，獲得親水和疏水的切換，最后實現(xiàn)了微泵對微流體的智能驅動。
權利要求
1.一種基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法,該微流控芯片表面有微結構和微通道，通過pH響應性分子對微通道表面進行改性，在不同pH刺激下，微通道的表面形貌和化學構型的可逆性變化導致表面浸潤性的變化，控制液流體在微通道表面的運動，從而實現(xiàn)對微流體流動進行控制的智能微泵。
2.按權利要求1所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下 (1)用計算機輔助設計軟件設計和繪制微流控芯片中各層芯片的微結構和微通道圖形。
(2)通過微加工技術在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結構和微通道，包括進樣孔、分離主通道和分離分通道。
(3)利用雙層粘性薄膜，將各層微流控芯片對齊、粘合、加壓封合，組成微滴流動可控的微流控芯片。
(4)在微通道進行pH響應性分子對微通道的表面改性。
(5)在微流體通道中切換溶液的pH值，微通道表面的浸潤性從親水至疏水的轉換。
3.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵的核心功能器件是微流控芯片，此芯片可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設計與組裝。
4.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵的微結構和微通道是通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕、軟刻蝕技術的微加工方法在芯片基材表面制備，尺寸在微米級別。
5.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的pH響應微泵是由兩層芯片疊加而成，構成三維立體的微結構和微通道網(wǎng)絡。
6.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵可以在一塊芯片上制作多組微結構和微通道，構成多組控制單元，可選擇性控制微流體的流動方向。
7.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵在微通道表面進行了 pH響應性分子的表面修飾。
8.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵通過pH響應性分子的自動識別，在微通道表面進行親水和疏水的轉換。
9.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵可快速實現(xiàn)對溶液的驅動。
10.按權利要求1或2所述的基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，其特征在于，這種基于微流控芯片的PH響應微泵具有便攜、經(jīng)濟、快速、高效，在電泳分離、色譜分離、免疫分析所涉及的眾多相關領域具有廣泛的應用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于微流控芯片的pH響應微泵及其制備方法，該微流控芯片表面有微結構和微通道，通過pH響應性分子對微通道表面進行改性，在不同pH刺激下，微通道的表面形貌和化學構型的可逆性變化導致表面浸潤性的變化，控制微流體在微通道表面的運動，從而實現(xiàn)對微流體流動進行控制的智能微泵，主要應用于電泳分離、色譜分離、免疫分析等相關領域。該微流控芯片實現(xiàn)了微流體的智能驅動，極大降低了微流體驅動成本，具有便攜、經(jīng)濟、快速、高效的特點，為微流體的驅動提供了一種全新的微泵技術。
文檔編號B01L3/00GK103055969SQ201210586999
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權日2012年12月31日
發(fā)明者聶富強, 沙俊, 王曉東, 葉嘉明 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司