專利名稱：一種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微通道和微/納結(jié)構(gòu)，溶液通過微通道表面上的微/納結(jié)構(gòu)發(fā)生高效率的混合，從而實(shí)現(xiàn)對微流體溶液快速高效的混合，主要應(yīng)用于生物測定、相變反應(yīng)、多組分反應(yīng)等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(diǎn)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，例如細(xì)胞生物學(xué)、分析化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、司法鑒定和藥物合成篩選。在微流控分析芯片中，微流體的均勻混合是樣品處理和分析的關(guān)鍵，例如生物測定、相變反應(yīng)、多組分反應(yīng)中就需要這樣的操作，這是由于微流控分析芯片的特點(diǎn)就要對微觀尺度下的微流體進(jìn)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)對微流體的均勻混合，已經(jīng)成為微流控分析芯片技術(shù)中的研究難題和熱點(diǎn)。然而，常規(guī)的混合技術(shù)很難在微通道中完成對微流體的均勻混合，因此，通過在微流控芯片的微通道中制備微/納結(jié)構(gòu)，利用微/納結(jié)構(gòu)對溶液的高效混合，從而實(shí)現(xiàn)均勻混合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(qū)動和控制技術(shù)，應(yīng)是微流控芯片上微閥的研究方向之一，目前尚未有實(shí)質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微通道和微/納結(jié)構(gòu)，溶液通過微通道表面上的微/納結(jié)構(gòu)發(fā)生高效率的混合，從而實(shí)現(xiàn)對微流體溶液快速高效的混合，主要應(yīng)用于生物測定、相變反應(yīng)、多組分反應(yīng)等相關(guān)領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟(I)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。(2)通過微加工技術(shù)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(jié)構(gòu)和微通道，包括進(jìn)樣孔、混合主通道和出樣孔。(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。本發(fā)明中，基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的微流控芯片基材可以是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⑶光盤。本發(fā)明中，基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的微流控芯片和粘性薄膜的微結(jié)構(gòu)和微通道可以通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕制備，也可用軟刻蝕技術(shù)制備。本發(fā)明中，基于微/納結(jié)構(gòu)的混合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/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的微通道的微/納結(jié)構(gòu)是由兩部分組成，分別實(shí)現(xiàn)初級混合和高級混合。本發(fā)明中，基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的微通道的微/納結(jié)構(gòu)包括兩個部分，第一部分是蛇形混合通道，第二部分是齒形混合通道。本發(fā)明提出的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，操作簡單、實(shí)現(xiàn)了微流體溶液的高效混合，極大降低了微流體溶液混合的成本，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，在生物測定、相變反應(yīng)、多組分反應(yīng)等相關(guān)領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1.基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。a.溶液驅(qū)動泵，b.溶液驅(qū)動泵，c.蛇形混合區(qū)，d.齒形混合區(qū)，e.溶液出口。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制微流體流動可控的微流控芯片的兩層芯片的微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jī)加工制備所需的微結(jié)構(gòu)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閥。將樣品溶液通過兩個蠕動泵加入微流控芯片的進(jìn)樣注入孔，溶液在外置蠕動泵的驅(qū)動下進(jìn)入微通道中的蛇形混合區(qū)，發(fā)生初級混合，在微通道的齒形混合區(qū)域，進(jìn)行高級混合，最后實(shí)現(xiàn)了微/納結(jié)構(gòu)對微流體溶液的均勻混合。實(shí)施例2用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控芯片的兩層芯片的微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jī)加工制備所需的微結(jié)構(gòu)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閥。將樣品溶液通過兩個蠕動泵加入微流控芯片的進(jìn)樣注入孔，溶液在外置蠕動泵的驅(qū)動下進(jìn)入微通道中的蛇形混合區(qū)，發(fā)生初級混合，在微通道的齒形混合區(qū)域，進(jìn)行高級混合，最后實(shí)現(xiàn)了微/納結(jié)構(gòu)對微流體溶液的均勻混合。
權(quán)利要求
1.一種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微通道和微/納結(jié)構(gòu)，溶液通過微通道表面上的微/納結(jié)構(gòu)發(fā)生高效率的混合，從而實(shí)現(xiàn)對微流體溶液快速高效的混合。
2.按權(quán)利要求1所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下 (1)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。
(2)通過微加工技術(shù)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(jié)構(gòu)和微通道，包括進(jìn)樣孔、混合主通道和出樣孔。
(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。
3.按權(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設(shè)計(jì)與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道是通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕、軟刻蝕技術(shù)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(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片是由兩層芯片疊加而成，構(gòu)成三維立體的微結(jié)構(gòu)和微通道網(wǎng)絡(luò)。
6.按權(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片由兩組微結(jié)構(gòu)和微通道組成，構(gòu)成初級混合單元和高級混合單元。
7.按權(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片通過溶液在微通道表面的多次無序碰撞進(jìn)行聞效混合。
8.按權(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片可快速實(shí)現(xiàn)對溶液的快速混合，混合效率可達(dá)10暈升/分鐘。
9.按權(quán)利要求1或2所述的基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效，在生物測定、相變反應(yīng)、多組分反應(yīng)所涉及的眾多相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于微/納結(jié)構(gòu)的混合微流控芯片及其制備方法，該微流控芯片表面有微通道和微/納結(jié)構(gòu)，溶液通過微通道表面上的微/納結(jié)構(gòu)發(fā)生高效率的混合，從而實(shí)現(xiàn)對微流體溶液快速高效的混合，主要應(yīng)用于生物測定、相變反應(yīng)、多組分反應(yīng)等相關(guān)領(lǐng)域。該微流控芯片操作簡單、實(shí)現(xiàn)了微流體溶液的高效混合，極大降低了微流體溶液混合的成本，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，為微流體溶液的高效均勻混合提供了一種全新的分析技術(shù)。
文檔編號B01L3/00GK103055970SQ20121058701
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者聶富強(qiáng), 王曉東, 沙俊, 葉嘉明 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司