本發(fā)明涉及一種微結構器件的制備方法，特別是涉及一種表面微流控的方法，應用于微結構器件的制備技術領域。

背景技術：

微流控技術是指在基地內(nèi)通過制造微管道處理或者操控微小流體的技術，而表面微流控是指通過對基地表面進行處理，在基地表面實現(xiàn)微流控技術。

近年來，微全分析系統(tǒng)最大限度地將分析實驗室的功能轉移到便攜的分析設備中或芯片上，極大的節(jié)約了研究成本，提高了實驗分析的精確性，并實現(xiàn)分析系統(tǒng)的個人化和家用化，被稱為“芯片實驗室”的微流控技術，是中發(fā)展最快、最有研究前景的一個領域。 表面微流控以其 ①系統(tǒng)高度微型化、集成化; ②試劑消耗量小; ③高通量分離、檢測，且選擇性好; ④分析速度快; ⑤成本低的特點，引起了學者們的廣泛關注，并且廣泛應用于化學、材料、生物、藥物分析、醫(yī)學診斷領域。

其主流的制作方法主要有傳統(tǒng)微流控法與傳統(tǒng)表面微流控法。傳統(tǒng)微流控法主要包括光刻繞注法、機械加工法、熱壓法、模塑法、刻蝕法等。但是傳統(tǒng)的制備方法都有一些制備上的缺點和局限性，并且難以避免１）微通道結構的設計與制造；２）微納尺度流體的驅動與控制；３）微流控器件及系統(tǒng)的集成與封裝等繁瑣的步驟，大大阻礙了微流控芯片的普及和推廣。例如：機械加工法基于精密機械或者激光雕刻技術，在硬質材料如硅片、玻璃、亞克力板等表面加工出凹槽的方法得到微尺度槽道，該方法得到的通道密封較困難，通道壁面的粗糙度難以控制，通道透光生能也易受影響。傳統(tǒng)表面微流控法主要通過基底表面的親疏水不同實現(xiàn)液體的選擇性流動，其方法的有點是，摒棄了繁瑣的傳統(tǒng)微流控技術中管道的制作方法，檢測方法更加便捷，成為最有望取代傳統(tǒng)方法的技術。但是其方法也有明顯的缺陷，最主要的問題就是難以實現(xiàn)傳統(tǒng)方法對液體的精確控制，從而變成了此方法的發(fā)展瓶頸。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種基底表面微流控的方法，能通過親疏水表面圖案實現(xiàn)液體選擇流動，能通過控制親疏水表面圖案線寬的不同控制液體流動速度快慢，能通過電學選區(qū)加熱實現(xiàn)表面微流控，還能通過表面微流定向控輸送有機功能分子。本發(fā)明基底表面微流控的方法包括對基底進行修飾處理，在基底表面制作液體流動的預圖案，利用親疏水原理，使溶劑沿圖案流動，通過電學加熱的方法，控制溶劑定向流動，在溶劑摻雜染料分子定向輸送與稀釋，本發(fā)明方法提供了微流控技術的另一種途徑。

為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術方案：

一種基底表面微流控的方法，包括如下步驟：

a. 選取基底，采用疏水性物質或者親水性物質作為修飾劑，對基底表面進行修飾處理，在基底表面上形成修飾表層，制得疏水性基底或者親水性基底；

b. 在經(jīng)過所述步驟a修飾處理過的基底上引入預圖案；

c. 向經(jīng)過所述步驟a修飾過處理的基底上的預圖案上轉移設定量的液體材料，利用基底上的預圖案的表面和基底其他表面的親疏水性質不同，使液體材料僅僅沿著基底上的預圖案的線條延伸方向進行流動，形成液體材料微流，通過在所述步驟a中控制基底上的預圖案線寬變化與液體材料的溫度變化，來控制液體材料微流的流速和液體材料形成的微流區(qū)域圖案的尺寸。本發(fā)明通過圖案線寬的變化以及基底表面溫度的不同實現(xiàn)溶劑流動速度的控制，客服了傳統(tǒng)微流控技術的閥門安裝以及傳統(tǒng)表面微流控技術中流速難以控制的問題。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，在所述步驟c中，通過控制基底上的預圖案的材料溫度變化來控制液體材料的溫度變化，形成液體材料微流。

作為本發(fā)明的一種進一步優(yōu)選的技術方案，在所述步驟c中，利用電學加熱的方法，通過電學選區(qū)，使基底上的預圖案的整體或局部與外部電路連接，形成外聯(lián)電路系統(tǒng)，通過控制外聯(lián)電路系統(tǒng)施加到基底上的預圖案的電流，對基底上的預圖案的整體或局部進行加熱，通過控制基底上的預圖案的整體溫度變化或局部溫度變化，來控制流經(jīng)基底上的預圖案的整體區(qū)域或局部區(qū)域的液體材料微流的溫度變化，進而來設定液體材料微流的流動軌道路徑，使液體材料微流僅沿著基底上的預圖案進行定向流動。本發(fā)明利用電學控制來實現(xiàn)表面微流控的方法，通過使用親疏水基底，實現(xiàn)微流控溶劑的選區(qū)流動，就克服了傳統(tǒng)微流控技術使用微流管道控制液體的弊端；通過電學選區(qū)加熱，實現(xiàn)圖案化基底表面的溫度變化，從而控制溶劑的定向流動，克服了傳統(tǒng)表面微流控技術流體方向不能控制的問題。

作為本發(fā)明的另一種進一步優(yōu)選的技術方案，在所述步驟c中，通過控制基底溫度變化來控制基底上的預圖案的材料溫度變化。

作為本發(fā)明上述方案的進一步優(yōu)選的技術方案，驅動液體材料微流沿著基底上的預圖案的線條延伸方向進行流動時，所述液體材料是由摻雜有機功能分子材料的分散劑制成的分散液，或者是由摻雜有機功能分子材料的溶劑制成的溶液，其中，有機功能分子材料以溶劑為載體液，通過基底上的預圖案的表面上的液體材料微流驅動作用，使液體材料微流攜帶著有機功能分子材料，沿著基底上的預圖案進行定向輸送。本發(fā)明能實現(xiàn)利用表面微流控輸送有機功能分子。

上述有機功能分子材料優(yōu)選采用NPB或Alq₃材料。

上述基底優(yōu)選采用半導體材料片、玻璃片、陶瓷片、有機材料片和復合材料片中的任意一種材料片或經(jīng)化學修飾的上述材料的基片。

上述基底優(yōu)選采用硅、氧化硅、硅酸鹽、氧化鋁和有機材料中的任意一種材料或任意幾種材料的復合材料制成。

上述修飾劑優(yōu)選采用氯硅烷、氟硅烷或HMDS。

在基底上制備預圖案時，優(yōu)選通過電子束光刻、光學光刻、軟光刻、掩膜或掃描探針顯微鏡光刻方法，在基底上制備預圖案材料的吸附區(qū)。

在基底上制備預圖案時，預圖案材料的吸附區(qū)優(yōu)選由在基底上沉積有利于有機材料沉積的材料形成。

在基底上制備預圖案時，所選擇使用的有利于有機材料沉積的材料優(yōu)選采用鈦、金、銀和其他相對于基底有不同表面能的材料中的任意一種材料或任意幾種的復合材料。

驅動液體材料沿著基底上的預圖案的線條延伸方向進行流動時，優(yōu)選采用的液體材料為蠟燭或2-羥乙基吡啶材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優(yōu)點：

1. 本發(fā)明表面微流控方法發(fā)生在基底表面，克服了傳統(tǒng)微流控技術中苛刻的實驗條件、精密的實驗儀器要求，克服的表面微流控技術中難以實現(xiàn)溶劑流向難以控制的問題；

2. 本發(fā)明能在實驗環(huán)境方面，實現(xiàn)了大氣環(huán)境中的表面微流控；

3. 本發(fā)明在動力方面不要特殊的推動裝置，僅僅利用電流的加熱控制流動與靜止，通過簡單得調控電流大小以及改變線寬即可實現(xiàn)液體的流速控制；

4. 本發(fā)明在實驗儀器方面不需要特殊的管道制作工具，僅僅利用成熟的圖案化技術實現(xiàn)芯片的制作；

5. 本發(fā)明在檢測方面，液體不需要在特殊的管道中流動，使檢測與應用更趨于方便；

5. 本發(fā)明克服了傳統(tǒng)制作工藝的苛刻要求，又突破了傳統(tǒng)表面微流控技術發(fā)展的瓶頸，而且對儀器與環(huán)境的要求較低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一在均勻加熱狀況下，蠟燭在親疏水基底表面，在不同線寬下流動的圖像。

圖2為本發(fā)明實施例二在親疏水表面均勻加熱時蠟燭流動的圖像。

圖3為本發(fā)明實施例三在親疏水表面使用電流選擇性加熱時蠟燭流動圖像。

圖4為本發(fā)明實施例四用電流加熱定向輸送有機染料分子的圖像。

圖5為本發(fā)明實施例五用電流分別加熱輸送不同有機染料分子的圖像。

圖6為本發(fā)明實施例五用電流分別加熱輸送不同有機染料分子的線路發(fā)光圖像。

具體實施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳述如下：

實施例一：

在本實施例中，參見圖1，一種基底表面微流控的方法，包括如下步驟：

a. 選取硅片作為基底，采用疏水性物質作為修飾劑，對基底表面進行修飾處理，具體為：首先將硅片用氯仿、丙酮、乙醇、水超聲處理10min，然后氮氣吹干備用；配制氯仿：正乙烷的摩爾比為3：7的混合溶液40ml，再加入OTS 10ul，攪拌均勻后得到修飾劑，將上述處理后備用的硅片基底放入修飾劑中，在通風櫥內(nèi)靜置5-7小時，在將硅片從修飾劑中取出后，再分別用氯仿、丙酮、乙醇沖洗硅片，采用氮氣吹干硅片 ，然后在80℃下烘烤硅片10分鐘，在硅片表面上形成修飾表層，制得疏水性基底；

b. 在經(jīng)過所述步驟a修飾處理過的基底上引入由一系列平行線條組成的預圖案，具體為：將在所述步驟a中所得疏水性基底進行光刻，在疏水性基底上制備預圖案材料的吸附區(qū)，然后真空氣相沉積厚度為2-3nm的Ti和厚度為12nm的Au，制備出金圖案；

c. 將在所述步驟b中制作好的金圖案在加熱臺上均勻加熱至100℃，當金圖案的溫度穩(wěn)定后，在金圖案的一端添加固體石蠟，待石蠟融化后，由于親疏水不同，石蠟液體即會自動沿著金線圖案流動，參見圖1。向經(jīng)過所述步驟a修飾過處理的基底上的預圖案上轉移石蠟，利用疏水性基底上的金圖案的表面和疏水性基底其他表面的親疏水性質不同，使石蠟液體僅僅沿著疏水性基底上的金圖案的線條延伸方向進行流動，形成液體石蠟微流，通過在所述步驟a中控制疏水性基底上的金圖案線寬變化與液體石蠟的溫度變化，來控制液體石蠟微流的流速和液體石蠟形成的微流區(qū)域圖案的尺寸。

本實施例在采用光刻結合真空氣相沉積蒸鍍金，得到不同線寬寬度的金圖案，再在加熱臺上均勻加熱，在不同線寬下添加固體石蠟，蠟燭融化后即沿著預定的方向流動。線寬較寬時流動速度快，線寬較窄時流動速度慢，參見圖1。本實施例方法可以應用于進行化學、材料、生物、藥物分析、醫(yī)學診斷等芯片器件的制備技術領域。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，參見圖2，一種基底表面微流控的方法，包括如下步驟：

a. 選取玻璃作為基底，采用疏水性物質作為修飾劑，對基底表面進行修飾處理，具體為：首先將玻璃用氯仿、丙酮、乙醇、水超聲處理10min，然后氮氣吹干備用；配制氯仿：正乙烷的摩爾比為3：7的混合溶液40ml，再加入OTS 10ul，攪拌均勻后得到修飾劑，將上述處理后備用的玻璃基底放入修飾劑中，在通風櫥內(nèi)靜置5-7小時，在將玻璃從修飾劑中取出后，再分別用氯仿、丙酮、乙醇沖洗玻璃，采用氮氣吹干玻璃 ，然后在80℃下烘烤硅片10分鐘，在玻璃表面上形成修飾表層，制得疏水性基底；

b. 在經(jīng)過所述步驟a修飾處理過的基底上引入具有同種寬度分支的預圖案，具體為：將在所述步驟a中所得疏水性基底進行光刻，在疏水性基底上制備預圖案材料的吸附區(qū)，然后真空氣相沉積厚度為2-3nm的Ti和厚度為12nm的Au，制備出金圖案；

c. 將在所述步驟b中制作好的金圖案在加熱臺上均勻加熱至100℃，當金圖案的溫度穩(wěn)定后，在金圖案的一端添加固體石蠟，待石蠟融化后，即會自動沿著金線圖案的各分支線條流動，參見圖2。向經(jīng)過所述步驟a修飾過處理的基底上的預圖案上轉移石蠟，利用疏水性基底上的金圖案的表面和疏水性基底其他表面的親疏水性質不同，使石蠟液體僅僅沿著疏水性基底上的金圖案的線條延伸方向進行流動，形成液體石蠟微流，通過在所述步驟a中控制疏水性基底上的金圖案線寬變化與液體石蠟的溫度變化，來控制液體石蠟微流的流速和液體石蠟形成的微流區(qū)域圖案的尺寸。

本實施例在采用光刻結合真空氣相沉積蒸鍍金，得到具有同種寬度分支的金圖案，再在加熱臺上均勻加熱，在不同線寬下添加固體石蠟，蠟燭融化后即沿著預定的方向流動，參見圖2。本實施例方法可以應用于進行化學、材料、生物、藥物分析、醫(yī)學診斷等芯片器件的制備技術領域。

實施例三：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，參見圖3，一種基底表面微流控的方法，包括如下步驟：

a. 本步驟與實施例二相同；

b. 本步驟與實施例二相同；

c. 利用電學加熱的方法，選用電流控制加熱方式，通過電學選區(qū)，使疏水性基底上的金圖案的局部與外部電路連接，形成外聯(lián)電路系統(tǒng)，通過控制外聯(lián)電路系統(tǒng)施加到疏水性基底上的金圖案的電流，對疏水性基底上的金圖案的局部進行加熱，未被通電的疏水性基底上的金圖案的其他區(qū)域則沒有被通電加熱而溫度較低，通過控制疏水性基底上的金圖案的局部溫度變化，來控制流經(jīng)疏水性基底上的金圖案的局部區(qū)域的液體材料微流的溫度變化，進而來設定液體材料微流的流動軌道路徑，使液體材料微流僅沿著疏水性基底上的金圖案進行定向流動。對在所述步驟b中制作好的金圖案局部進行加熱，當金圖案的溫度穩(wěn)定后，在金圖案的一端添加固體石蠟，待石蠟融化后，即會自動沿著金線圖案的選定分支線條流動，參見圖3。向經(jīng)過所述步驟a修飾過處理的基底上的預圖案上轉移石蠟，利用疏水性基底上的金圖案的表面和疏水性基底其他表面的親疏水性質不同，使石蠟液體僅僅沿著疏水性基底上的金圖案的線條延伸方向進行流動，形成液體石蠟微流，通過在所述步驟a中控制疏水性基底上的金圖案線寬變化與液體石蠟的溫度變化，來控制液體石蠟微流的流速和液體石蠟形成的微流區(qū)域圖案的尺寸。

本實施例由于石蠟在一定溫度下才會融化，所以只要調節(jié)好電流大小，石蠟融化后即會沿著通電的區(qū)域流動。從而到達定向控制液體流動的目的，在親疏水表面使用電流選擇性加熱時蠟燭流動圖像，參見圖3。本實施例選用玻璃作為基底進行上述操作，制作出親疏水不同的電路金線圖案，連接電路，利用直流穩(wěn)壓電源選取合適電流，進行電學選區(qū)加熱。一端滴放蠟燭，蠟燭融化后即會沿著通電的金線電路流動。本實施例通過簡單電學控制來實現(xiàn)表面微流控技術的方法，對基底進行修飾處理后，在基底表面制作液體流動的預圖案，利用親疏水原理，使溶劑沿圖案流動，通過電學加熱的方法，控制溶劑定向流動，在溶劑摻雜染料分子定向輸送與稀釋，此方法提供了微流控技術的另一種途徑。本實施例方法可以應用于進行化學、材料、生物、藥物分析、醫(yī)學診斷等芯片器件的制備技術領域。

實施例四：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，參見圖4，一種基底表面微流控的方法，包括如下步驟：

a. 本步驟與實施例二相同；

b. 本步驟與實施例二相同；

c. 將蠟燭加熱到100℃溶化后加入染料分子NPB后，在加熱狀態(tài)下超聲至溶解，然后冷卻至固體狀態(tài)備用；然后利用電學加熱的方法，選用電流控制加熱方式，通過電學選區(qū)選擇一條線路，使疏水性基底上的金圖案的局部與外部電路連接，形成外聯(lián)電路系統(tǒng)，用直流穩(wěn)壓電源加熱，通過控制外聯(lián)電路系統(tǒng)施加到疏水性基底上的金圖案的電流，對疏水性基底上的金圖案的局部進行加熱，未被通電的疏水性基底上的金圖案的其他區(qū)域則沒有被通電加熱而溫度較低，通過控制疏水性基底上的金圖案的局部溫度變化，來控制流經(jīng)疏水性基底上的金圖案的局部區(qū)域的液體材料微流的溫度變化，進而來設定液體材料微流的流動軌道路徑，使液體材料微流僅沿著疏水性基底上的金圖案進行定向流動。對在所述步驟b中制作好的金圖案局部進行加熱，當金圖案的溫度穩(wěn)定后，在金圖案的一端添加含有染料分子的固體蠟燭，待石蠟融化后，即會自動沿著金線圖案的選定分支線條流動，參見圖4。向經(jīng)過所述步驟a修飾過處理的基底上的預圖案上轉移含有染料分子的固體蠟燭，利用疏水性基底上的金圖案的表面和疏水性基底其他表面的親疏水性質不同，使含有染料分子的蠟燭液體僅僅沿著疏水性基底上的金圖案的線條延伸方向進行流動，形成含有染料分子的蠟燭液體微流，通過在所述步驟a中控制疏水性基底上的金圖案線寬變化與含有染料分子的蠟燭液體的溫度變化，來控制含有染料分子的蠟燭液體微流的流速和含有染料分子的蠟燭液體形成的微流區(qū)域圖案的尺寸。

本實施例由于蠟燭在一定溫度下才會融化，所以只要調節(jié)好電流大小，石蠟燭化后即會沿著通電的區(qū)域流動。從而到達定向控制液體流動的目的，實現(xiàn)通過蠟燭作為溶劑定向輸送有機染料分子，將本實施例制備的芯片結構器件樣品用紫外光激發(fā)，即可得到發(fā)光的一條線路，參見圖4。本實施例將蠟燭在加熱臺上加熱融化，趁熱加入有機功能小分子，并在加熱狀態(tài)下進行超聲使功能分子溶解到蠟燭中，再通過c步驟利用電學加熱定向輸送有機功能分子。本實施例方法可以應用于進行化學、材料、生物、藥物分析、醫(yī)學診斷等芯片器件的制備技術領域。

實施例五：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，參見圖5和圖6，一種基底表面微流控的方法，包括如下步驟：

a. 本步驟與實施例二相同；

b. 在經(jīng)過所述步驟a修飾處理過的基底上引入具有同種寬度的三條分支的預圖案，具體為：將在所述步驟a中所得疏水性基底進行光刻，在疏水性基底上制備預圖案材料的吸附區(qū)，然后真空氣相沉積厚度為2-3nm的Ti和厚度為12nm的Au，制備出金圖案；

c. 將蠟燭加熱到100℃溶化后分別加入染料分子NPB和綠色Alq₃后，在分別加熱狀態(tài)下超聲至溶解，然后分別冷卻至固體狀態(tài)備用，同時采用紅色蠟燭作為第三種材料，本實施例與實施例四相比采用了不同的染料分子；然后利用電學加熱的方法，選用電流控制加熱方式，通過電學選區(qū)選擇一條線路，使疏水性基底上的金圖案的三條分支皆與外部電路連接，形成外聯(lián)電路系統(tǒng)，用直流穩(wěn)壓電源加熱，通過控制外聯(lián)電路系統(tǒng)施加到疏水性基底上的金圖案的電流，對疏水性基底上的金圖案進行加熱，通過控制疏水性基底上的金圖案溫度變化，來控制流經(jīng)疏水性基底上的金圖案的三條分支的液體材料微流的溫度變化，進而來設定液體材料微流的流動軌道路徑，使液體材料微流僅沿著疏水性基底上的金圖案進行定向流動。利用電學加熱對在所述步驟b中制作好的金圖案不同線路進行加熱，當金圖案的溫度穩(wěn)定后，分別沿著輸送含有染料分子NPB的蠟燭、含有染料分子Alq₃的蠟燭和紅色蠟燭這三種蠟燭，使這三種蠟燭液體自動沿著金線圖案的選定分支線條流動，參見圖5。向經(jīng)過所述步驟a修飾過處理的基底上的預圖案上的三條分支轉移各含有染料分子的固體蠟燭，利用疏水性基底上的金圖案的表面和疏水性基底其他表面的親疏水性質不同，使各蠟燭液體僅僅對應沿著疏水性基底上的金圖案的線條延伸方向進行流動，形成各蠟燭液體微流，通過在所述步驟a中控制疏水性基底上的金圖案線寬變化與各蠟燭液體的溫度變化，來控制各蠟燭液體微流的流速和各蠟燭液體形成的微流區(qū)域圖案的尺寸。

將本實施例制備的芯片結構器件樣品用紫外光激發(fā)，即可得到三條發(fā)不同顏色光的線路，參見圖6。

上面結合附圖對本發(fā)明實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，還可以根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的，只要不背離本發(fā)明基底表面微流控的方法的技術原理和發(fā)明構思，都屬于本發(fā)明的保護范圍。