基于絲網(wǎng)印刷法制備氟材料紙基微流控芯片的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于絲網(wǎng)印刷法制備氟材料紙基微流控芯片的方法，該方法用氟材料作疏水疏油材料，在紙質(zhì)基底上制備有親水通道和疏水圍堰的紙基微流控芯片。該方法包括：制備絲網(wǎng)印刷模具；使用絲網(wǎng)印刷法制備親水通道；將有親水通道的紙張浸泡在氟材料溶液中，沒被保護(hù)試劑保護(hù)的區(qū)域形成疏水圍堰；氟材料在紙張表面穩(wěn)定吸附后，放入水中浸泡，取出晾干；紙基微流控芯片完全干燥后，刮掉親水通道區(qū)域的膜；將紙基微流控芯片放入去離子水中，除去親水區(qū)域殘留的保護(hù)試劑，干燥，平整展開。本發(fā)明方法使用的制作工具廉價(jià)易得，工藝簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，可制作復(fù)雜圖案的紙基微流控芯片，制備的紙基微流控芯片可用于有表面活性劑和有機(jī)溶劑參與的檢測(cè)。
【專利說明】
基于絲網(wǎng)印刷法制備氟材料紙基微流控芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及紙基微流控芯片加工技術(shù)，更具體地說是一種將具有疏水疏油性能的 氟材料應(yīng)用在紙基微流控芯片上，用于實(shí)現(xiàn)紙基微流控芯片圖案化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紙基微流控芯片（paper-based microfluidic chip)，簡(jiǎn)稱"紙芯片"，又稱"紙上 微型實(shí)驗(yàn)室"，是一種在幾平方厘米紙質(zhì)基底上構(gòu)建親疏水的通道網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)樣品制備、 分離、反應(yīng)、檢測(cè)、結(jié)果分析等過程的新型微流控分析器件。與傳統(tǒng)微流控芯片相比，紙芯片 具有原料廉價(jià)易得、加工方法簡(jiǎn)單多變、生物兼容性好、檢測(cè)靈敏快速等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng) 用于臨床分析物檢測(cè)、水質(zhì)檢測(cè)、食品檢測(cè)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)以及特定物質(zhì)(如乙醇)含量測(cè)定等方 面。
[0003] 氟材料作為新型材料，它修飾后的界面具有抗酸堿和有機(jī)溶劑腐蝕、不粘附、熱穩(wěn) 定性、抗氧化性，分子表面能低和優(yōu)良的光學(xué)性能，被廣泛用于各種表面涂層。然而，氟材料 表面能低，使得它難以通過使用噴涂、打印等方法制備紙芯片，尤其是制備需要復(fù)雜圖案的 紙基微流控芯片。因此，需要發(fā)明一種可以制備復(fù)雜圖案的紙上低表面能材料圖案化方法。 本方法旨在研究使用氟材料HYFLON Λ AD60X作為圖案化材料制備紙基微流控芯片的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種使用氟材料作為疏水試劑，而且操作簡(jiǎn)單、質(zhì)量穩(wěn)定、可 用于制備復(fù)雜圖案紙基微流控芯片的方法。該方法將紙芯片與氟材料的優(yōu)異性能相結(jié)合， 使得制備的紙芯片可用于有表面活性劑和有機(jī)溶劑參與的分析檢測(cè)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明使用不同比例的聚乙二醇(PEG)2000-聚乙二醇(PEG)400-聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)作為保護(hù)試劑，絲網(wǎng)印刷的方法圖案化紙質(zhì)基底，形成親水通道;氟材料配制的溶液 作為疏水試劑，浸泡紙張使其形成疏水圍堰;氟材料在紙張表面穩(wěn)定吸附后，置于去離子水 中，阻止氟材料溶液由疏水圍堰區(qū)域邊緣向親水通道內(nèi)擴(kuò)展，3~5min后取出，晾干;刮除親 水通道區(qū)域保護(hù)試劑形成的膜，去離子水清洗，脫色搖床輔助清除殘留在親水通道內(nèi)的保 護(hù)試劑;烘箱干燥后，將紙基微流控芯片通過塑封機(jī)使其平整展開，制得具有疏水疏油性能 的紙基微流控芯片。
[0007] 具體如下：
[0008] -種基于絲網(wǎng)印刷法制備氟材料紙基微流控芯片的方法，該方法包括以下步驟：
[0009] 1)設(shè)計(jì)紙基微流控芯片親水通道圖案，制備絲網(wǎng)印刷模具；
[0010] 2)使用1)制備的模具，采用絲網(wǎng)印刷法將保護(hù)試劑涂布在紙質(zhì)基底表面形成親水 通道，得到有親水通道圖案的紙張；
[0011] 3)以氟材料配制的溶液作為疏水試劑，浸泡有親水通道圖案的紙張使其形成疏水 圍堪；
[0012] 4)氟材料在紙張表面穩(wěn)定吸附后，將紙張置于去離子水中，3~5min后取出，晾干， 得到紙基微流控芯片材料；
[0013] 5)紙基微流控芯片材料完全干燥后，刮掉親水通道區(qū)域由保護(hù)試劑形成的膜；
[0014] 6)將刮膜后得到的紙基微流控芯片材料再次置于去離子水中，清除親水區(qū)域殘留 的保護(hù)試劑；
[0015] 7)干燥后，再通過塑封機(jī)使其平整展開得到氟材料紙基微流控芯片。
[0016] 步驟2)所使用的保護(hù)試劑為聚乙烯吡咯烷酮（PVP)和不同聚合度的聚乙二醇 (PEG)的混合物，PEG優(yōu)選PEG2000和PEG400混合使用，固體PEG2000用來調(diào)節(jié)液體PEG400的 粘度。PEG2000-PEG400-PVP合適的質(zhì)量比混合范圍是10:90 :5~10:90:15，優(yōu)選PEG2000-PEG400-PVP的質(zhì)量比混合范圍是10:90:15。
[0017] 步驟2)所采用的紙質(zhì)基底為打印紙、濾紙、濾膜等均勻一致的紙質(zhì)基底。
[0018] 步驟2)將保護(hù)試劑涂布到紙質(zhì)基底表面，刮涂次數(shù)為1~3次。
[0019] 步驟3)具體為:將有親水通道圖案的紙張浸泡在氟材料溶液中，沒被保護(hù)試劑保 護(hù)的區(qū)域形成疏水圍堰，紙張浸泡在氟材料溶液中的時(shí)間為1~3min，使用的氟材料為具有 疏水疏油性能的全氟系列材料，優(yōu)選Solvay的AD60X或AD80X全氟系列材料，溶液濃度范圍 為5.〇11^.1111/ 1~15.〇11^.1111/1，優(yōu)選濃度為10.〇11^.1111/1~1511^.1111/ 1，最優(yōu)選濃度為 15mg · mL-1 〇
[0020] 步驟4)氟材料溶液在紙張表面穩(wěn)定吸附的時(shí)間為1~4min。
[0021] 步驟6)采用去離子水清洗，脫色搖床輔助清除親水通道區(qū)域殘留保護(hù)試劑所用的 時(shí)間為2~5min。
[0022] 上述溶液配制疏水試劑采用的溶劑為氟烴類溶劑，優(yōu)選為氫氟醚HFE-7100。
[0023]本發(fā)明方法進(jìn)一步具體描述如下：
[0024] 基于絲網(wǎng)印刷法制備氟材料紙基微流控芯片的方法，包括以下步驟：
[0025] 1)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)紙基微流控芯片親水通道圖案，制備絲網(wǎng)印刷模具；
[0026] 2)使用1)制備的模具，絲網(wǎng)印刷的方法將保護(hù)試劑涂布在紙質(zhì)基底表面，形成親 水通道；
[0027] 3)PEG2000-PEG400-PVP作為保護(hù)試劑，保護(hù)試劑的在紙質(zhì)基底的刮涂次數(shù)為1~3 次；
[0028] 4)將有親水通道圖案的紙張浸泡在氟材料溶液中，沒被保護(hù)試劑保護(hù)的區(qū)域即可 形成疏水圍堰，紙張浸泡在氟材料溶液中1~3min后取出；
[0029] 5)氟材料在紙張表面穩(wěn)定吸附1~4min后，將紙張放入去離子水中，以阻止氟材料 溶液由疏水圍堰區(qū)域邊緣向親水通道內(nèi)擴(kuò)展，3~5min后取出，晾干，得到紙基微流控芯片 材料；
[0030] 6)紙基微流控芯片材料完全干燥后，刮掉親水通道區(qū)域由保護(hù)試劑形成的膜；
[0031] 7)將刮膜后得到的紙基微流控芯片材料再次置于去離子水中，脫色搖床輔助徹底 洗掉親水區(qū)域殘留的保護(hù)試劑，2~5min后取出；
[0032] 8)烘箱干燥后，再通過塑封機(jī)，使其平整展開。
[0033]本發(fā)明優(yōu)選在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)紙基微流控芯片的親水通道圖案，絲網(wǎng)印刷的方法涂 布保護(hù)試劑，圖案化紙基微流控芯片親水通道區(qū)域。
[0034] 與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果：
[0035] 1.上述方法，將紙基微流控芯片技術(shù)與氟材料的優(yōu)異性能相結(jié)合，提供一種可用 于表面活性劑和有機(jī)溶劑參與分析檢測(cè)的紙基微流控芯片，這種結(jié)合拓寬了紙基微流控芯 片的應(yīng)用范圍。
[0036] 2.絲網(wǎng)印刷法涂布保護(hù)試劑圖案化親水通道，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，芯片圖案重現(xiàn) 性好。
[0037] 3.本發(fā)明使用不同聚合度的PEG和PVP的混合物作為保護(hù)試劑，無毒、無刺激性且 易溶于水，安全環(huán)保，使得清除保護(hù)試劑的操作簡(jiǎn)單快速，效率高。
[0038] 4.本發(fā)明制備紙基微流控芯片的工具廉價(jià)易得，避免使用噴蠟打印機(jī)等昂貴設(shè) 備，節(jié)約了制備成本。
[0039] 5.使用氟材料制備的紙芯片，背景顏色淺，避免了其他有色疏水材料對(duì)檢測(cè)結(jié)果 的干擾。
[0040] 6.本方法制備的紙芯片可用于各種有水溶液、表面活性劑、有機(jī)溶劑等參與的檢 測(cè)。
【附圖說明】
[0041 ]圖1.為使用本發(fā)明方法制備紙基微流控芯片的實(shí)例圖。
[0042] A計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)圖案;B使用本方法制備完成的紙基微流控芯片。
[0043]圖2.本發(fā)明實(shí)施例方法制備氟材料紙基微流控芯片與常規(guī)蠟材料紙基微流控芯 片限制不同百分含量乙醇-水溶液流動(dòng)效果對(duì)比圖。
[0044] A蠟材料紙基微流控芯片;B氟材料紙基微流控芯片。
[0045] 圖3.本發(fā)明實(shí)施例方法制備氟材料紙基微流控芯片與常規(guī)蠟材料紙基微流控芯 片限制四種不同類型表面活性劑流動(dòng)效果對(duì)比圖。
[0046] A蠟材料紙基微流控芯片;B氟材料紙基微流控芯片。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)例僅用于更加清楚地 說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0048] 所述紙基微流控芯片的制備方法：
[0049] 實(shí)施例1:本發(fā)明方法制備紙基微流控芯片示例
[0050] (1)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)紙基微流控芯片親水通道圖案（圖案樣式如附圖1中A所示），制備 絲網(wǎng)印刷模具。
[0051 ] (2)使用（1)制作的模具，以質(zhì)量比為10:90:15的PEG2000-PEG400-PVP混合物作為 保護(hù)試劑，絲網(wǎng)印刷的方法將保護(hù)試劑涂布在紙質(zhì)基底表面，保護(hù)試劑刮涂次數(shù)為2次，形 成親水通道圖案。
[0052] (3)固體氟材料粉末HYFL〇N?AD60X溶解于液體氫氟醚HFE-7100中，配制成濃度 為15mg · ml/1的氟材料溶液。
[0053] (4)將有親水通道圖案的紙張浸泡在(3)配好的氟材料溶液中，沒被保護(hù)試劑保護(hù) 的區(qū)域即可形成疏水圍堰，紙張?jiān)诜牧先芤褐薪?min后取出。
[0054] (5)氟材料在紙張表面疏水圍堰區(qū)域穩(wěn)定吸附4min后，將紙張放入去離子水中，以 阻止氟材料溶液由疏水圍堰區(qū)域邊緣向親水通道內(nèi)擴(kuò)展，5min后取出，晾干，得到紙基微流 控芯片材料。
[0055] (6)紙基微流控芯片材料完全干燥后，刮掉親水通道區(qū)域由保護(hù)試劑形成的膜。
[0056] (7)將經(jīng)過步驟(6)處理得到的紙基微流控芯片材料放入去離子水中，使用脫色搖 床徹底洗掉親水區(qū)域殘留的保護(hù)試劑，5min后取出。
[0057] (8)烘箱干燥后，再通過塑封機(jī)，使其平整展開得到氟材料紙基微流控芯片。（紙基 微流控芯片實(shí)物圖，如附圖1中B所示）
[0058]實(shí)施例2:對(duì)比氟材料紙芯片和蠟紙芯片限制不同百分含量乙醇-水溶液流動(dòng)效果 情況
[0059] (1)按照例1的方法步驟制備氟材料紙芯片，圓孔直徑為:5.0mm。
[0060] (2)使用噴蠟打印的方式制備蠟紙芯片，圓孔直徑為：10.0mm。
[0061] (3)由于氟材料在紙質(zhì)基底表面吸附后與吸附前比較并無明顯不同，為了便于觀 察氟材料紙芯片限制乙醇(Ethanol)的流動(dòng)情況，首先使用鉛筆描繪親水通道區(qū)域邊緣，使 其輪廓更加清晰。
[0062] (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，在乙醇百分含量<60%時(shí)，氟材料紙芯片和蠟材料紙芯 片限制其流動(dòng)方向的效果均良好;在乙醇百分含量多80%時(shí)，蠟材料紙芯片已經(jīng)不能限制 其流動(dòng)方向，而氟材料紙芯片仍可以很好地限制其流動(dòng)方向。所以，本方法使用氟材料制備 的紙基微流控芯片具有更多優(yōu)勢(shì)，在檢測(cè)方面的應(yīng)用范圍更廣，是非常實(shí)用的紙基微流控 芯片制備方法。
[0063] 實(shí)施例3:對(duì)比氟材料紙芯片和蠟紙芯片限制四種表面活性劑流動(dòng)效果情況
[0064] (1)按照實(shí)施例1的方法步驟制備氟材料紙基微流控芯片，圓孔直徑為:5.0mm。
[0065] (2)使用噴蠟打印的方式制備蠟紙芯片，圓孔直徑為:10.0mm。
[0066] (3)為了便于觀察氟材料紙基微流控芯片限制表面活性劑的流動(dòng)情況，首先使用 鉛筆描繪親水通道區(qū)域邊緣，使其輪廓更加清晰。
[0067] (4)四種表面活性劑分別為：陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉 SDS(IOmm0VL)和 十二烷基苯磺酸鈉 SDBS(10mm〇l/L)、陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTMAB (lOmmol/L)和非離子型表面活性劑吐溫20(5% )。
[0068] (5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示:氟材料和蠟材料紙基微流控芯片均可以很好地限制上述 四種不同類型表面活性劑的流動(dòng)方向，說明本方法制備的紙基微流控芯片可以很好地限制 表面活性劑的流動(dòng)方向。與傳統(tǒng)使用蠟作為疏水材料制備紙基微流控芯片的方法相比較， 本方法操作簡(jiǎn)單，加工設(shè)備廉價(jià)易得。
[0069]實(shí)施例1說明使用本發(fā)明方法制備的紙基微流控芯片，圖案清晰、邊緣整齊、通道 分辨率高，邊緣無明顯擴(kuò)展，且紙質(zhì)基底韌性好。實(shí)施例2、例3證實(shí)本方法制備的紙基微流 控芯片適用于有表面活性劑和有機(jī)試劑參與的檢測(cè)，此性質(zhì)拓展了紙基微流控芯片的應(yīng)用 范圍，說明本方法是非常好的氟材料紙基微流控芯片制備方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于絲網(wǎng)印刷法制備氟材料紙基微流控芯片的方法，其特征包括以下步驟： 1) 設(shè)計(jì)紙基微流控芯片親水通道圖案，制備絲網(wǎng)印刷模具； 2) 使用1)制備的模具，采用絲網(wǎng)印刷法將保護(hù)試劑涂布在紙質(zhì)基底表面形成親水通 道，得到有親水通道圖案的紙張； 3) 以氟材料配制的溶液作為疏水試劑，浸泡有親水通道圖案的紙張使其形成疏水圍 堰； 4) 氟材料在紙張表面穩(wěn)定吸附后，將紙張置于去離子水中，3~5min后取出，晾干，得到 紙基微流控芯片材料； 5) 紙基微流控芯片材料完全干燥后，刮掉親水通道區(qū)域由保護(hù)試劑形成的膜； 6) 將刮膜后得到的紙基微流控芯片材料再次置于去離子水中，清除親水區(qū)域殘留的保 護(hù)試劑； 7) 干燥后，再通過塑封機(jī)使其平整展開得到氟材料紙基微流控芯片。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟2)所使用的保護(hù)試劑為聚乙烯吡 咯烷酮和聚乙二醇的混合物。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于聚乙二醇為聚乙二醇2000和聚乙二醇 400的混合物;聚乙二醇2000、聚乙二醇400和聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比混合范圍是10:90:5 ~10:90:15〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟2)所采用的紙質(zhì)基底為打印紙、濾紙、濾膜;將 保護(hù)試劑涂布到紙質(zhì)基底表面，刮涂次數(shù)為1~3次。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟3)具體為:將有親水通道圖案的紙張浸泡在氟 材料溶液中，沒被保護(hù)試劑保護(hù)的區(qū)域形成疏水圍堰，紙張浸泡在氟材料溶液中的時(shí)間為1 ~3min，使用的氟材料為具有疏水疏油性能的全氟系列材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟3)配制疏水試劑使用的溶劑為氟烴類溶劑。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，步驟3)所述的氟烴類溶劑為氫氟醚HFE-7100。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟3)氟材料溶液的濃度范圍為5 . Omg · ml/1~ 15 · Omg · mL-1 〇9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟4)氟材料溶液在紙張表面穩(wěn)定吸附的時(shí)間為1 ~4min〇10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，步驟6)采用去離子水清洗，脫色搖床輔助清除親 水通道區(qū)域殘留保護(hù)試劑所用的時(shí)間為2~5min。
【文檔編號(hào)】B01L3/00GK106040324SQ201610347574
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】張顯波, 王金華, 李曉峰, 高亞茹, 姚成, 陳國松, 張之翼
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)