一種用于可控篩選流體中粒子的微反應(yīng)器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于可控篩選流體中粒子的微反應(yīng)器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微型化技術(shù)的發(fā)展，許多微系統(tǒng)被應(yīng)用到化工、生物醫(yī)學(xué)、集成電子電路等領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用前景。近年來(lái)，微反應(yīng)器的概念也被提出，與常規(guī)意義上的化學(xué)反應(yīng)器不同，微反應(yīng)器不是一般具體的機(jī)械設(shè)備，它是指利用微加工技術(shù)制造的特征尺寸在微米級(jí)的微型反應(yīng)器，包括應(yīng)用于換熱、混合和分離等各種功能的高度集成的微反應(yīng)系統(tǒng)。微反應(yīng)器通常是微納米材料或具有微納米結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們提供了一種微納米尺度的空間，使反應(yīng)受限于該微小空間范圍內(nèi)，通過(guò)控制納米反應(yīng)器的尺寸、材質(zhì)和其它因素可以獲得具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的產(chǎn)物。微反應(yīng)器在分析化學(xué)、分子生物學(xué)、藥物化學(xué)、高分子化學(xué)都有潛在的應(yīng)用。
[0003]在涉及粒子或細(xì)胞的研究領(lǐng)域中，經(jīng)常需要借助于微反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類微?；蚣?xì)胞的輸入粒子有針對(duì)性地篩選與分離。現(xiàn)有的對(duì)微納米級(jí)粒子進(jìn)行分離的方法主要分為接觸式分離和非接觸式分離兩大類。其中，接觸式分離方法具有以下特點(diǎn):其分離過(guò)程中具有不連續(xù)性;在分離過(guò)程中需要添加其他外來(lái)材料，可能影響被分離粒子的純度及本身特性;而非接觸式的分離方法具有以下特點(diǎn):不需要添加其他材料，可避免分離過(guò)程中引入污染;可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，不影響微粒的本身屬性，并使微粒仍處于懸浮狀態(tài)以確保后續(xù)使用。
[0004]目前微反應(yīng)器篩選分離微粒的方法有:介電泳方法、緩沖微陣列方法、超聲分離方法、電泳方法、磁泳分離方法等。其中，介電泳方法分離對(duì)象為電中性微粒，局限性是被分離微粒的介電常數(shù)必須不同于微粒周圍液體介質(zhì)的介電常數(shù);緩沖微陣列方法原理是依賴于微粒尺寸的不同實(shí)現(xiàn)微粒的分離或收集。通過(guò)在微流道中制造精密的微結(jié)構(gòu)，可使體積較大的粒子在外力作用下流向不同于體積較小微粒的出口；超聲分離方法局限性是粒子的密度和可壓縮率須不同于其周圍介質(zhì)的密度和可壓縮率。當(dāng)微粒的密度與可壓縮率與周圍介質(zhì)的密度與可壓縮率成一定比率時(shí)，可實(shí)現(xiàn)微粒的分離或操縱。電泳方法利用不同電性的粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)方向不同的特性對(duì)微粒進(jìn)行分離。這種方法缺點(diǎn)是需要對(duì)工作電極施加幾十到上千伏的較高電壓。強(qiáng)電場(chǎng)可能對(duì)生物粒子的特性造成影響;磁泳分離方法是通過(guò)添加表面涂覆有抗體介質(zhì)的磁性微粒，從而與目標(biāo)微粒相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)分離的目的。這種分離方法缺點(diǎn)在于需要引入磁性微粒，并且在高梯度磁場(chǎng)中進(jìn)行，對(duì)微粒的選擇性高。
[0005]現(xiàn)階段，相關(guān)此類微反應(yīng)器分離篩選粒子的研究報(bào)道中，微反應(yīng)器在篩選粒子過(guò)程中，存在以下問(wèn)題:需要依賴于外力操縱粒子，不能主動(dòng)篩選粒子；引入的外場(chǎng)如電場(chǎng)對(duì)所要篩選分離的粒子特性有影響;對(duì)篩選分離的粒子及液體介質(zhì)的特性有限制；需要引入其他材料等。這些問(wèn)題限制了微反應(yīng)器篩選分離粒子的使用范圍、純度以及篩選效率。要實(shí)現(xiàn)高效、高純度以及主動(dòng)式可控篩選粒子，必須設(shè)計(jì)一種新型的可控篩選粒子的微反應(yīng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于可控篩選流體中粒子的微反應(yīng)器的制備方法，微反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)粒子進(jìn)行主動(dòng)式篩選，極大提高了微反應(yīng)器的篩選效率以及適用范圍，同時(shí)微反應(yīng)器中篩選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒子的篩選分離。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種用于可控篩選流體中粒子的微反應(yīng)器的制備方法，包括以下步驟:
[0009]I)通過(guò)光刻、干法刻蝕以及翻模工藝制造微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物分離薄膜，聚合物分離薄膜包括上聚合物分離薄膜和下聚合物分離薄膜；
[0010]2)在聚合物分離薄膜上通過(guò)覆蓋工藝獲取微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列區(qū)域的掩蔽層；
[0011]3)通過(guò)微波處理掩蔽后的聚合物分離薄膜，微波處理參數(shù)為:氧氣壓強(qiáng)0.2-0.5MPa，微波功率80-120W，處理時(shí)間20_60s，表面處理后，去除掩蔽層；
[0012]4)通過(guò)鍵合機(jī)實(shí)現(xiàn)上聚合物分離薄膜和下聚合物分離薄膜的鍵合，在分離薄膜微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列區(qū)域以外的區(qū)域施加壓力，鍵合參數(shù)為:溫度80_100°C，施加壓力5-10Kg，時(shí)間為6-10min，得到膜系；
[0013]5)在鍵合后的膜系兩端安裝氣控系統(tǒng)，得到微反應(yīng)器；
[0014]6)通過(guò)調(diào)控氣控系統(tǒng)的充氣和排氣的流量以及保持時(shí)間，獲得微反應(yīng)器中分離薄膜上微米級(jí)錐形瓶狀孔有規(guī)律的收縮，實(shí)現(xiàn)微反應(yīng)器主動(dòng)捕獲篩選流體中的粒子。
[0015]所述的步驟I)聚合物分離薄膜材料為PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PUA(聚氨酯-聚丙烯酸酯)。
[0016]所述的步驟I)聚合物分離薄膜中微米級(jí)錐形瓶狀孔大端直徑D= 20-300ym、小端直徑 d = 4_50ym、深度 Η=50-300μηι、中心距 s = 20_500ym。
[0017]所述的步驟2)中掩蔽層材料為光敏樹脂或PET薄膜。
[0018]所述的步驟3)中通過(guò)溶解光敏樹脂或剝離PET薄膜去除掩蔽層。
[0019]所述的步驟6)中氣控系統(tǒng)調(diào)控參數(shù)為氮?dú)獬錃饬髁?0_50sccm，排氣流量50-lOsccm，保持時(shí)間 0.1-5s。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021]通過(guò)微納制造技術(shù)制造微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物微反應(yīng)器，密集的微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物微反應(yīng)器有效的增大了比表面積，提高了流體中粒子與微反應(yīng)器碰觸的概率，從而實(shí)現(xiàn)粒子地快速高效篩選分離;通過(guò)氣控系統(tǒng)調(diào)控微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物微反應(yīng)器的孔徑大小實(shí)現(xiàn)有選擇性的對(duì)流體中粒子進(jìn)行篩選分離，同時(shí)大大提高同一微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物微反應(yīng)器的使用范圍；通過(guò)氣控系統(tǒng)調(diào)控微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物微反應(yīng)器孔徑收縮的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)分離粒子數(shù)量的控制，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)不同粒徑不同數(shù)量粒子的混合;此外，該微反應(yīng)器采用彈性優(yōu)良的聚合物，可以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)其孔徑的精確調(diào)控。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物分離薄膜示意圖，1(a)是上聚合物分離薄膜和下聚合物分離薄膜示意圖，I (b)是微米級(jí)錐形瓶狀孔截面示意圖。
[0023]圖2是上聚合物分離薄膜和下聚合物分離薄膜的微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列區(qū)域的掩蔽示意圖。
[0024]圖3是掩蔽后的上聚合物分離薄膜和下聚合物分離薄膜表面微波處理示意圖。
[0025]圖4是聚合物分離薄膜的鍵合示意圖，4(a)施加力以及加熱示意圖，4(b)是鍵合后得到的膜系示意圖。
[0026]圖5是氣控系統(tǒng)不意圖，5(a)是管子不意圖，5(b)是塞子不意圖，5(c)是管子和塞子構(gòu)成的氣控系統(tǒng)示意圖。
[0027I圖6是微反應(yīng)器示意圖。
[0028]圖7是調(diào)控微反應(yīng)器主動(dòng)捕獲篩選流體中的粒子示意圖，7(a)、7(d)、7(g)是未變形錐形瓶孔示意圖，7(13)、7(幻、7(1!)是充氣后增大的錐形瓶孔示意圖，7((3)、7(0、7(1)是捕獲粒子后的錐形瓶孔示意圖。
[0029]圖8是調(diào)控微反應(yīng)器主動(dòng)捕獲混合流體中的粒子示意圖，8(a)、8(d)、8(g)是未變形錐形瓶孔示意圖，8(13)、8(幻、8(1!)是充氣后增大的錐形瓶孔示意圖，8((3)、8(0、8(1)是捕獲粒子后的錐形瓶孔示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]實(shí)施例1
[0032]本實(shí)施例是對(duì)溶液中不同粒徑的S12粒子進(jìn)行篩選分離以及混合，首先配制含有粒徑5μπι、ΙΟμ??、15μπι的S12粒子溶液，三種粒徑的濃度都是0.005mol/L，然后把制作的微反應(yīng)器置于含有溶液的容器中。
[0033 ] 一種用于可控篩選流體中粒子的微反應(yīng)器的制備方法，包括以下步驟:
[0034]I)參照?qǐng)D1(a)，通過(guò)光刻、干法刻蝕以及翻模工藝制造微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列聚合物分離薄膜，聚合物分離薄膜包括上聚合物分離薄膜1-1和下聚合物分離薄膜1-2，聚合物分離薄膜的材料為PDMS;參照?qǐng)D1(b)，所述聚合物分離薄膜中的微米級(jí)錐形瓶狀孔的尺寸為:大端直徑D = 2 Oym、小端直徑d = Am、深度H=50μηι、中心距s = 2 Oym ；
[0035]2)參照?qǐng)D2，在上聚合物分離薄膜1-1和下聚合物薄膜1-2表面通過(guò)涂覆光敏樹脂，并通過(guò)圖形化光敏樹脂工藝獲取上聚合物分離薄膜1-1和下聚合物薄膜1-2的微米級(jí)錐形瓶狀孔陣列區(qū)域的光敏樹脂掩蔽層2-1和2-2;
[0036]3)參照?qǐng)D3，通過(guò)微波3對(duì)具有光敏樹脂掩蔽層2-1和2-2的上聚合物分離薄膜1-1和下聚合物薄膜1-2進(jìn)行處理;微波3處理參數(shù)為:氧氣壓強(qiáng)0.2MPa，微波功率80W，處理時(shí)間20s，表面處理后，通過(guò)溶解光敏樹去除光敏樹脂掩蔽層2-1和2-2;
[0037]4)參照?qǐng)D4(a)，通過(guò)鍵合機(jī)實(shí)現(xiàn)上聚合物分離薄膜1-1和下聚合物分離薄膜1-2的鍵合，壓力施加位置為聚合物分離薄膜的非孔區(qū)域;鍵合參數(shù)為:溫度4為80°C，施加壓力5為5Kg，時(shí)間為6min，參照?qǐng)D4(b)，得到膜系6 ；
[0038]5)在鍵合后的膜系6的兩端