一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改善金屬微流控芯片中微通道內(nèi)壁特性的工藝，屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控技術(shù)(MiCTofluidics)從提出到今天為止，以極大的速度發(fā)展成為當(dāng)今世界最前沿科技研究領(lǐng)域之一，是目前研究活躍的交叉學(xué)科領(lǐng)域。其主要應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)等方面，涉及到生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、電子、材料等學(xué)科。它的實(shí)質(zhì)是通過(guò)化學(xué)分析設(shè)備的微型化與集成化，最大限度地把分析實(shí)驗(yàn)室的功能轉(zhuǎn)移到便攜的分析設(shè)備中，甚至集成到方寸大小的芯片上，將生物和化學(xué)分析中的多種操作集成在尺寸非常小的芯片上，使生化反應(yīng)和分析中的試樣引入、混合、分離等功能集成化。集成的體積很小的芯片稱(chēng)為微流控芯片，微流控芯片的集成化、微型化有多優(yōu)點(diǎn)，比如可使試劑消耗量大大減少，這一點(diǎn)尤其對(duì)珍貴稀少的試劑有重要意義；使芯片內(nèi)試劑的反應(yīng)速度成倍提高；大幅降低了實(shí)驗(yàn)成本；具有良好的便攜性等。
[0003]微流控芯片的微型化結(jié)構(gòu)和集成系統(tǒng)的高比表面積使表面化學(xué)在微流控分析中占重要地位。研究表明，微通道的內(nèi)壁形狀和尺寸、表面粗糙度和親水性等物理量，會(huì)影響影響微通道內(nèi)微流體的流體力學(xué)性能。因此使用改性技術(shù)使微通道的內(nèi)壁面的粗糙度和親水性等物理量改善，可在小工作壓力條件下而獲得高流速，對(duì)“功能集成與結(jié)構(gòu)縮微”具有關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)性的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，因此保持微通道內(nèi)表面的物理化學(xué)性質(zhì)平衡、穩(wěn)定的微通道表面改性技術(shù)成為微流控分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
[0004]微通道的表面改性分為動(dòng)態(tài)涂層(物理吸附涂層)和永久表面改性。動(dòng)態(tài)涂層是最簡(jiǎn)單的表面改性技術(shù)，可把聚合物或表面活性劑添加到電泳緩沖溶液中，或在分析前用改性化合物淋洗微通道進(jìn)行動(dòng)態(tài)涂層處理。由于基于硅烷化的表面化學(xué)通常不適用于常見(jiàn)的材料，并且改性步驟復(fù)雜，因此相比之下動(dòng)態(tài)涂層表面改性方法更適用于大多數(shù)微流控芯片。永久表面改性技術(shù)與動(dòng)態(tài)涂層方法相比操作復(fù)雜，但涂層性質(zhì)均一穩(wěn)定，可減少反應(yīng)試劑和微通道內(nèi)壁的相互作用，提高微通道內(nèi)表面的親水性，改善表面的粗糙度，提高PCR的反應(yīng)效率，是減少反應(yīng)試劑與微通道內(nèi)壁相互作用最有效的改性方法。
[0005]本發(fā)明提出一種針對(duì)金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性的工藝，屬于永久表面改性技術(shù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際改性試驗(yàn)，經(jīng)測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)壁粗糙度從Ra = 0.921um改善到Ra = 0.254um,親水性也增大了(接觸角從95度改善到56度)。在實(shí)際生物PCR比對(duì)實(shí)驗(yàn)中，改性前后的微流控芯片內(nèi)部系統(tǒng)工作壓力比大約為:2.11/1，PCR擴(kuò)增效率得到提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提出一種針對(duì)雙層金屬微流控芯片中改善其微通道內(nèi)壁特性的工藝，用于降低金屬微流控芯片中微通道的工作壓力、內(nèi)壁的粗糙度，增加其親水性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]首先裝配好雙層金屬微流控芯片，其同層的金屬毛細(xì)管之間用石英玻璃直管連接，芯片兩端用石英玻璃彎管連接上下兩層。
[0009]裝配好芯片后用精密注射器將紫外固化膠N0A68注入金屬毛細(xì)管內(nèi)，并使之注滿芯片內(nèi)的微通道；接著用毛細(xì)微泵將微通道內(nèi)多余的化學(xué)膠吹出，剩余部分粘在微通道內(nèi)壁上，再以勻速氣體進(jìn)氣，使內(nèi)壁上的固化膠均勻分布；用紫外光照射微通道內(nèi)壁上的紫外固化膠進(jìn)行預(yù)固化；最后再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間紫外光照射使之完全固化。
[0010]所述的紫外固化膠N0A68是一種針對(duì)多種塑料的改進(jìn)型粘合劑，可以用于多種塑料表面，如聚碳酸酯、丙稀酸、醋酸-丁酸纖維素等。除了塑料之外，N0A68膠在粘合玻璃和金屬時(shí)也有很好的粘合力，并且可以用來(lái)將塑料、玻璃、金屬三種材料粘合在一起，老化之后，可承受_150°C?+125°C的溫度范圍。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0012]1、現(xiàn)有永久表面改性技術(shù)是利用化學(xué)反應(yīng)或沉淀技術(shù)，將一些特殊材料附著在內(nèi)壁上形成涂層，其技術(shù)不僅操作復(fù)雜且涂層材料容易水解或與毛細(xì)管內(nèi)試劑發(fā)生反應(yīng)，涂層穩(wěn)定性難以保持。本發(fā)明則通過(guò)簡(jiǎn)單易操作的物理手段在毛細(xì)管內(nèi)壁形成生物兼容性比較好的薄膜，改善內(nèi)壁特性。
[0013]2、采用的N0A68紫外光固化膠有非常好的粘接性及抗溶劑性，經(jīng)過(guò)老化，其可與金屬壁之間形成化學(xué)鍵，形成最佳粘結(jié)，形成的改性涂層不會(huì)脫落。
[0014]3、承受溫度范圍廣，改性涂層完全老化后，可經(jīng)受_150°C?+125°C的溫度變化。
[0015]4、N0A68膠具有很好的物理特性，其抗拉強(qiáng)度為2500psi，拉伸極限為80%，因此形成的改性涂層也具有很好的物理特性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1、金屬毛細(xì)管，2、石英玻璃直管，3、石英玻璃彎管，4、隔熱板，5、毛細(xì)微泵，
6、固化光源。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝，其中，該微通道內(nèi)壁結(jié)構(gòu)包括金屬毛細(xì)管1、石英玻璃直管2、石英玻璃彎管3、隔熱板4。
[0020]該工藝的實(shí)施過(guò)程如下，
[0021]SI裝配金屬微流控芯片；隔熱板4的上下兩側(cè)的金屬毛細(xì)管I之間用石英玻璃直管2相連接，隔熱板4左右兩端的金屬毛細(xì)管I之間用石英玻璃彎管3連接，上述結(jié)構(gòu)完成芯片結(jié)構(gòu)的連接并形成一個(gè)完整的微通道；毛細(xì)微泵5與金屬毛細(xì)管I的入口處連接；固化光源6分別設(shè)置在芯片的兩端。
[0022]S2固定位置；將芯片固定，在芯片的兩端分別放置紫外固化光源6，光源距離芯片的兩端為6英寸，調(diào)節(jié)固化光源使其發(fā)出的平行光線與金屬毛細(xì)管I平行，并固定固化光源6。
[0023]S3灌膠；用精密注射器將紫外固化膠從金屬毛細(xì)管I的入口處注入，直至充滿所有的金屬毛細(xì)管I及石英玻璃直管2、石英玻璃彎管3。
[0024]S4吹膠并預(yù)固化；調(diào)節(jié)毛細(xì)微泵5使風(fēng)以適當(dāng)?shù)乃俣葎蛩俅党?，從開(kāi)口處向微通道內(nèi)勻速進(jìn)氣，5?10分鐘(根據(jù)毛細(xì)微泵風(fēng)速而定)后開(kāi)啟兩側(cè)的固化光源6進(jìn)行預(yù)固化，照射20秒后關(guān)閉兩側(cè)的固化光源6，在此過(guò)程中毛細(xì)微泵5處于工作狀態(tài)。
[0025]S5完全固化；預(yù)固化完成約5分鐘后再次打開(kāi)兩處光源，持續(xù)照射10?15分鐘后即可完成紫外光固化膠的完全固化，此過(guò)程中毛細(xì)微泵5處于工作狀態(tài)。至此，完成了對(duì)金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁的改性。
[0026]所述紫外固化膠為N0A68。
[0027]所述固化時(shí)固化光源6采用波長(zhǎng)為365nm、功率為100瓦的紫外光源。
[0028]所述石英玻璃直管2和石英玻璃彎管3均為透明度高的石英玻璃制成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝，其特征在于:該微通道內(nèi)壁結(jié)構(gòu)包括金屬毛細(xì)管(I)、石英玻璃直管(2)、石英玻璃彎管(3)、隔熱板(4)； 該工藝的實(shí)施過(guò)程如下， SI裝配金屬微流控芯片；隔熱板(4)的上下兩側(cè)的金屬毛細(xì)管(I)之間用石英玻璃直管⑵相連接，隔熱板⑷左右兩端的金屬毛細(xì)管⑴之間用石英玻璃彎管⑶連接，上述結(jié)構(gòu)完成芯片結(jié)構(gòu)的連接并形成一個(gè)完整的微通道；毛細(xì)微泵(5)設(shè)置在金屬毛細(xì)管(I)的入口處；固化光源(6)分別設(shè)置在芯片的兩端； S2固定位置；將芯片固定，在芯片的兩端分別放置紫外固化光源(6)，光源距離芯片的兩端為6英寸，調(diào)節(jié)固化光源使其發(fā)出的平行光線與金屬毛細(xì)管(I)平行，并固定固化光源(6)； S3灌膠；用精密注射器將紫外固化膠從金屬毛細(xì)管(I)的入口處注入，直至充滿所有的金屬毛細(xì)管(I)及石英玻璃直管(2)、石英玻璃彎管(3)； S4吹膠并預(yù)固化；調(diào)節(jié)毛細(xì)微泵(5)使風(fēng)以適當(dāng)?shù)乃俣葎蛩俅党?，從開(kāi)口處向微通道內(nèi)勻速進(jìn)氣，5?10分鐘后開(kāi)啟兩側(cè)的固化光源(6)進(jìn)行預(yù)固化，照射20秒后關(guān)閉兩側(cè)的固化光源(6)，在此過(guò)程中毛細(xì)微泵(5)處于工作狀態(tài)； S5完全固化；預(yù)固化完成約5分鐘后再次打開(kāi)兩處光源，持續(xù)照射10?15分鐘后即可完成紫外光固化膠的完全固化，此過(guò)程中毛細(xì)微泵(5)處于工作狀態(tài)；至此，完成了對(duì)金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁的改性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝，其特征在于:所述紫外固化膠為NOA68。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝，其特征在于:所述固化時(shí)固化光源(6)米用波長(zhǎng)為365nm、功率為100瓦的紫外光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝，其特征在于:所述石英玻璃直管(2)和石英玻璃彎管(3)均為透明度高的石英玻璃制成。
【專(zhuān)利摘要】一種金屬微流控芯片微通道內(nèi)壁改性工藝，該工藝用以降低金屬微流控芯片中微通道的工作壓力、內(nèi)壁的粗糙度，增加其親水性。首先裝配好雙層金屬微流控芯片，其同層的金屬毛細(xì)管之間用透明石英玻璃直管連接，芯片兩端用透明石英玻璃彎管連接；裝配好芯片后用精密注射器將紫外固化膠NOA68注入金屬毛細(xì)管內(nèi)，并使之注滿芯片內(nèi)的微通道；接著用毛細(xì)微泵將微通道內(nèi)多余的化學(xué)膠吹出，剩余部分粘在內(nèi)壁上，再用勻速氣體進(jìn)氣；用紫外光照射微通道內(nèi)壁上的紫外固化膠進(jìn)行預(yù)固化；最后再經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間紫外光照射使完全固化。
【IPC分類(lèi)】B01L3-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104549590
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510038348
【發(fā)明人】吳堅(jiān), 王富吉
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月26日