一種立體的微流控芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控芯片領(lǐng)域，更具體地，涉及一種立體的微流控芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微流芯片是微全分析系統(tǒng)的核心，微流芯片的發(fā)明及應(yīng)用給化學(xué)、食品、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域提供了很大的便利，促使了一些分析的微型化、集成化、自動(dòng)化及便捷化。大大的節(jié)省了一些化學(xué)反應(yīng)對(duì)貴重化學(xué)試劑的消耗，也大大的提高了分析效率、降低了費(fèi)用。
[0003]微流控芯片的材料有聚合物，如PDMS (聚二甲基硅氧烷)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等，也有硬質(zhì)材料，如玻璃片，石英片等。聚合物材料可以通過(guò)掩膜法或3d打印法制備出微流通道，塑形的自由度高，然而其具有容易變形，容易吸附有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，其分析精度遠(yuǎn)不如硬質(zhì)材料的微流控芯片。硬質(zhì)材料雖然性能穩(wěn)定，分析精度高，但塑形和鍵合則相對(duì)困難。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中可以通過(guò)疊加雙層硬質(zhì)基片，使硬質(zhì)基片的微流控結(jié)構(gòu)相配合，從而制造出相對(duì)復(fù)雜的立體的微流控結(jié)構(gòu)，然而硬質(zhì)基片的鍵合方法目前僅有低溫鍵合法和膠粘法；其中，低溫鍵合法只能針對(duì)玻璃芯片，且對(duì)玻璃表面的平整清潔程度有很高要求，需要繁瑣的清潔步驟；而膠粘法，如專利文獻(xiàn)CN103263950A公開(kāi)了一種玻璃基雜合微流控芯片的制作方法，利用雙面膠組合兩層玻璃基片，而雙面膠不僅在粘合過(guò)程中容易堵塞微溝道，需要較長(zhǎng)的固化時(shí)間，且在使用的過(guò)程中粘結(jié)不牢而容易脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種立體的微流控芯片及其制備方法，其目的在于通過(guò)聚合物層連接硬質(zhì)基片，形成立體的微流控芯片，從而避免在微流控芯片在粘合過(guò)程中污染堵塞微流控結(jié)構(gòu)，從而影響芯片的性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，，包括第一基片，第二基片，…至第N基片，N為大于等于2的正整數(shù)，所述第一基片至第N基片具有微流通道或微流室，所述第一基片至第N基片依次通過(guò)聚合物層兩兩連接，使得相鄰基片的微流通道或微流室相連通，從而形成立體的微流控結(jié)構(gòu)。
[0007]優(yōu)選地，所述聚合物層的材料為聚二甲基硅氧烷，聚乙烯或聚氨酯。
[0008]優(yōu)選地，所述聚合物層的厚度為1 μ m?5mm。
[0009]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚合物層的厚度為1 μ m?100 μ m。
[0010]作為更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述聚合物層的厚度為1 μπι?20 μπι。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述第一基片至第Ν基片為玻璃片、硅片或石英片。
[0012]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種該微流控芯片的制備方法，包括以下步驟:
[0013](1)設(shè)計(jì)并制備出第一基片，第二基片，…至第Ν基片，使得所述第一基片至第Ν基片具有相互配合的微流通道或微流室，Ν為大于等于2的正整數(shù)；
[0014](2)將預(yù)制的聚合物均勻涂覆于柔性襯底上，固化后得到所需厚度的平整的聚合物層；
[0015](3)將第一基片的表面與所述柔性襯底上的聚合物層鍵合，然后除去所述光滑襯底，使所述聚合物層留置于第一基片的表面；去除所述第一基片表面的微流通道或微流室上覆蓋的聚合物層，然后將第二基片的表面與留置于第一基片表面的所述聚合物層鍵合，使得所述第一基片與所述第二基片通過(guò)聚合物層連接，兩者的微流通道或微流室相連通；依次重復(fù)上述步驟，直至所述第一基片至第N基片依次通過(guò)聚合物層兩兩連接，且相鄰基片的微流通道或微流室相連通，從而構(gòu)成立體的微流控芯片。
[0016]優(yōu)選地，所述柔性襯底為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膠膜，乙烯-醋酸乙烯共聚物膠膜或熱塑性聚氨酯彈性體膠膜。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟(1)中涂覆的方法為旋涂法或印刷法。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟(3)中鍵合的方法為熱鍵合法。
[0019]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于通過(guò)聚合物層連接基片從而形成微流控芯片，能夠取得下列有益效果:
[0020]1、基片之間通過(guò)聚合物層相互緊密結(jié)合，其鍵合過(guò)程無(wú)需施加壓力，從而降低了制備的微流控芯片的形變，提尚了制備成功的概率；
[0021]2、不同于雙面膠表面的粘性材料，聚合物層為固體材料，容易清除，不會(huì)在制備過(guò)程中堵塞微流控通道；
[0022]3、多層基片可以通過(guò)聚合物層相連接，使得上下兩層的微流控結(jié)構(gòu)相通，從而制造出相對(duì)復(fù)雜的立體微流控結(jié)構(gòu)，增大了微流控芯片的功能區(qū)；
[0023]4、在柔性襯底上制備聚合物層，不僅使得聚合物層平整，不會(huì)影響制備得到的微流控芯片的結(jié)構(gòu)，還可以根據(jù)需求任意控制聚合物層的厚度；
[0024]5、通過(guò)柔性襯底轉(zhuǎn)移聚合物層，不僅防止聚合物層在轉(zhuǎn)移過(guò)程中破碎，也防止在轉(zhuǎn)移時(shí)聚合物層產(chǎn)生形變，進(jìn)一步優(yōu)化了微流控芯片的性能；
[0025]6、該微流控芯片的制備方法簡(jiǎn)單，鍵合強(qiáng)度高，具有良好的實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備方法流程圖；
[0027]圖2a是本發(fā)明實(shí)施例2第一基片，第二基片以及第三基片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2b是本發(fā)明實(shí)施例2微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中，1-膠膜，2-聚合物層，3-第一基片，4-第二基片，5-第三基片。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0031]本發(fā)明公開(kāi)了一種微流控芯片，包括第一基片，第二基片，…至第N基片，N為大于等于2的正整數(shù)，所述第一基片至第N基片具有微流控結(jié)構(gòu)，所述第一基片至第N基片通過(guò)1 μπι?5_的平整的聚合物層連接，使得所述第一基片至第Ν基片的微流控結(jié)構(gòu)相連通，從而形成立體的微流控結(jié)構(gòu)。由于硬質(zhì)基片性能穩(wěn)定，不易變形，且具有更好的精度，所述第一基片至第Ν基片為表面有親水基團(tuán)的硬質(zhì)基片，如玻璃片，表面具有二氧化硅層的硅片或石英片。所述聚合物為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，低密度聚乙烯(ΡΕ)或熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)等容易在常溫下聚合，且能與硬質(zhì)基片鍵合的高聚物材料。由于聚合物層越薄，微流控芯片形變?cè)叫?，性能越?yōu)，聚合物層的厚度優(yōu)選為1 μ m?100 μ m，更進(jìn)一步優(yōu)選為 1 μ m ?20 μ m。
[0032]該微流控芯片的制備方法包括以下步驟:
[0033](1)將預(yù)制的聚合物(通常為聚合物單體與交聯(lián)劑的混合物，該混合物常溫或加熱固化即可得到聚合物)用旋涂法或印刷法等均勻涂覆于光滑襯底上，常溫或加熱固化后得到1 μπι?5_的聚合物層；通過(guò)控制制備工藝，可控制得到聚合物層的厚度，例如，用旋涂法制備聚合物層時(shí)，利用1500r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)35秒可得約20 μ m的聚合物層，而轉(zhuǎn)速越高，預(yù)制的聚合物的濃度越小，旋轉(zhuǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，則聚合物層越薄，而利用印刷法時(shí)，孔網(wǎng)越薄，則制備得到的聚合物層也越?。欢r底的選擇和所需的聚合物層的厚度有關(guān)，當(dāng)聚合物層的厚度大于100 μm，可利用光滑的硬質(zhì)材料(如玻璃，硅片)作為襯底，將聚合物層取下后與基片鍵合，而當(dāng)聚合物層的厚度小于100 μ m時(shí)，則優(yōu)選柔性襯底，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膠膜，乙烯-醋酸乙烯共聚物膠(EVA)膜或熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)膠膜等材料，以減小聚合物層在轉(zhuǎn)移過(guò)程中的形變，同時(shí)避免聚合物層在轉(zhuǎn)移過(guò)程中破損；
[0034](2)將所述聚合物層與第一基片鍵合，然后將光滑襯底揭下，或先從光滑襯底上取下聚合物層，再與第一基片鍵合，使所述聚合物層殘留于第一基片表面；鍵合方法可以為熱鍵合法，氧等離子體等；
[0035](3)除去第一基片表面微流控結(jié)構(gòu)上所覆蓋的聚合物層，將第二基片的表面與所述聚合物層的另一面鍵合，使得所述第一基片與所述第二基片通過(guò)聚合物層連接，從而組成所述微流控芯片。如果微流控芯片具有三層以上的結(jié)構(gòu)，則需要重復(fù)步驟(2)和步