CN101545898A - 以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及将带微阀的微流控芯片和QCM相结合的生物分子检测系统。该系统为防震防静电平台上置内含带微阀的微流控芯片和QCM连接的精密恒温室，微流控芯片中的样品通过由电磁阀控制的真空泵和进气装置形成的气流控制微阀间歇式的开启、闭合而流动；QCM通过频率采集器与数据收集装置相连后置于有X，Y，Z方向的三维移动装置上，QCM正中心与带有微阀的微流控芯片出样口精准对接后进样；样品吸附后由微型水泵冲走未吸附样品，进气装置吹干，QCM频率变化检测特定生物分子；数据收集装置与频率采集器，精密恒温室，电磁阀控制装置及有X，Y，Z方向的三维移动装置通过导线相连。该系统具有样品预处理和快速方便的检测生物分子的功能。

Description

以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统

技术领域

本发明涉及将带微阀的微流控芯片和石英晶体微天平(QCM)相结合的生物分子检测系统。具体而言，本发明提供了一种可用于快速检测生物分子的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统，该系统具有样品预处理和快速方便的检测生物分子的功能，操作简单，并且本身制造、使用、维护和修理成本相对较低。

背景技术

石英晶体微天平(QCM)是一种基于物质的质量导致电信号的变化而检测微量物质的传感器，具有检测灵敏度高、选择性易调变、成本低，特别是无须样品标记的适时检测等优点。它是一种广谱的检测器，可以用这种传感器测试生物样品探针的固定、靶标的识别以及探针和靶标的杂交，亦可用于蛋白质的识别。虽然QCM传感器有很多优点，分析前需要对样品进行烦琐地生化分离或者样品培养等提纯或扩增样品浓度，这样，既耗费了大量的时间和成本，又往往延误了诊断的时间。

微流控芯片(Microfluidic Chip)技术是一项将生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离、检测等基本操作单元集成或部分集成到一块几平方厘米的芯片上，以完成不同的生物或化学反应过程的技术。对于DNA检测来说，不仅可以避免复杂的探针键合程序，还可通过在芯片上集成DNA预处理、反应、分离及检测等多种过程。目前主要使用激光诱导荧光(LIF)和质谱(MS)检测。这些检测方式尚需进一步缩小检测装置体积，降低成本，且现有仪器多采用手工法换样，不但分析效率低，而且成本高。

然而，至今为止，微流控芯片和石英晶体微天平检测生物分子都取得了很大进步。但是，目前为止仍没有将两种仪器结合起来检测生物分子的仪器。刘涛等利用QCM和Eileen T.Dimalanta等利用微流控芯片检测DNA，前者靠手动上样步骤烦琐，费时费力，后者要复杂的检测装置和样品标记。Tao Liu，Ji’anTang，and Long Jiang.Biochemical and Biophsical Research Communications.313(2004)，3-7。Eileen T.Dimalanta，Alex Lim，Rod Runheim，Casey Lamers，ChrisChuras，Daniel K.Forrest，Juan J.de Pablo，et al.Anal.Chem.2004，76，5293～5301。

发明内容

本发明的目的在于将QCM检测灵敏度高、选择性易调变、成本低，特别是无须样品标记的适时检测，和带有微阀的微流控芯片对样品预处理，扩增，富集和纯化等优点有机结合起来，提供一种既能对DNA进行固定、杂交又能进行PCR扩增的；既能分析蛋白质又能分析病毒和细胞的高效灵敏检测的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统。

本发明的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统主要为两大部分：进样及检测部分和外部控制及数据采集部分。

所述的进样及检测部分包括具有X，Y，Z方向的三维移动装置、石英晶体微天平、带有微阀的微流控芯片及精密恒温室；在防震及防静电的工作平台上有精密恒温室，在精密恒温室中安装有具有X，Y，Z方向的三维移动装置，在具有X，Y，Z方向的三维移动装置上固定有石英晶体微天平，在石英晶体微天平的上方安装有带有微阀的微流控芯片，带有微阀的微流控芯片的底部有出样口；通过具有X，Y，Z方向的三维移动装置保证QCM正中心与带有微阀的微流控芯片出样口精准对接；

所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，其是由2基片中间为聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜封接构成，其中上层基片带有微阀及微流控液路通道，下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样口，在构成气路通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通；

所述的外部控制及数据采集部分包括频率采集器、电磁阀、电磁阀控制电路装置、数据收集装置、计算机、微型水泵、进气装置及真空泵；

计算机的数据输入及输出口通过导线与数据收集装置的数据输入及输出口连接，数据收集装置的4个数据输入口分别通过导线与电磁阀控制电路装置、频率采集器、具有X，Y，Z方向的三维移动装置及精密恒温室的数据输出口连接；

频率采集器的数据输入口通过导线与石英晶体微天平的数据输出口连接；

真空泵的吸气口与电磁阀的出气口相连接，进气装置的一出气口通过一带有支路气管的总气管与电磁阀的进气口相连通，所述的支路气管的另一端与带有微阀的微流控芯片上的气路通道的进出气口相连通，进气装置的另一出气口上的气管的另一端位于QCM的边缘上方；电磁阀控制电路装置的电信号输入及输出口通过导线与电磁阀的电信号输入及输出口连接；真空泵及进气装置的启动与关闭由电磁阀控制，通过电磁阀的开闭控制总气管中的气流，从而形成支路气管中的正压和负压的循环；

所述的精密恒温室上还开有进样口及清洁口。

所述的精密恒温室的进样口是一个以上。

所述的在构成液路通道的基片上开有的进样口是一个以上。

所述的带有微阀的微流控芯片的微阀是位于液路通道上。

所述的石英晶体微天平的上方有与微型水泵连通的管路，由该微型水泵提供的水用于对QCM的冲洗。

所述的微型水泵电压调节范围为6～18V，进气装置为0～25MPa的N₂钢瓶，由微型水泵和进气装置完成QCM的自动清洗及干燥功能。

所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，是由2基片中间为聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜封接构成，其中上层基片带有微流控液路通道，在液路通道上带有微阀，下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样口，在构成气路通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通。微阀的开合是通过PDMS膜由气路控制，充气时PDMS膜突起关闭微阀，吸气时PDMS膜下沉开启微阀，样品经进样口进入液路通道，经气路通道上的出样口流出；液路通道的进样口及气路通道的进出气口、出样口通过超声钻孔获得，气路通道的进出气口与支路气管的一端相连，在气路通道的出样口处的PDMS膜上钻孔使液路通道与出样口连通，保证样品到达液路出样口部位后能通过气流出样口出样。

所述的支路气管或总气管的材质为塑料材质。

所述的基片材料是硅、石英或玻璃等。

所述的带有微阀的微流控芯片是通过曝光、显影、坚膜、去铬、刻蚀、去膜、超声波打孔等步骤制作得到带有微阀的微流控芯片。

1)用光刻方法，将带有液路通道及微阀或气路通道的掩模(如聚丙烯材料)置于带光刻胶的基片上，在紫外光下曝光，显影液除去被曝光部位的光刻胶，获得曝光处的带有液路通道及微阀或气路通道图形的基片。

2)将步骤1)得到的基片清洗后，在温度为60～130℃下坚膜，将坚膜后的基片置于刻蚀液中，有光刻胶保护部位的基片不被腐蚀，暴露出的液路通道及微阀或气路通道的基片材料和刻蚀液发生化学反应而被剥离下来形成液路通道及微阀或气路通道。

3)将步骤2)得到的基片放在光刻胶去除液中，超声清洗器中加热超声至未曝光部位的光刻胶层全部脱落。

4)将步骤3)得到的带有液路通道及在液路通道上带有微阀的基片超声钻孔，得到与液路通道相通的进样口；依次用体积比为3:1的质量浓度为98％的H₂SO₄与质量浓度为30％的H₂O₂混合液，以及无水乙醇溶液超声清洗；或

将步骤3)得到的带有气路通道的基片超声钻孔，得到与气路通道相连通的进出气口，及在基片上得到与液路通道相通的出样口，且气路通道不与出样口相导通；依次用体积比为3:1的质量浓度为98％的H₂SO₄与质量浓度为30％的H₂O₂混合液，以及无水乙醇溶液超声清洗；

5)将PDMS预聚体及固化剂混合，其中PDMS预聚体及固化剂体积比为10：1，将混合液浇在与步骤3)基片相同大小的玻璃片上，升温交联2小时后，形成弹性好的聚二甲基硅氧烷膜；

6)将步骤5)得到的将聚二甲基硅氧烷膜置于步骤4)获得的刻蚀好的两块基片之间，制得带有微阀的微流控芯片。

本发明以一种QCM和微流控芯片的结合为核心，可以对样品中的生物分子含量进行检测。

以下对具有上述结构的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统的工作原理进行说明。

将待检测的生物分子样品，或待检测的生物分子样品及已知试剂分别通过带有微阀的微流控芯片的进样口加入到液路通道中，计算机将指令信号发送给电磁阀控制装置，电磁阀控制装置通过控制电磁阀的开闭，从而控制真空泵及进气装置的启动与关闭，使气流在气路通道中循环，从而使气路通道中产生正负压，以实现带有微阀的微流控芯片上的微阀的开闭，完成待检测的生物分子样品，或待检测的生物分子样品及已知试剂在液路通道中精确输送；当输送的是待检测的生物分子样品及已知试剂时，在输送的过程中同时利用液路通道自身的高表面积与体积比完成待测样品在液路通道中与已知试剂反应，而达到对生物分子样品的处理。将QCM(通过导线和频率采集器相连，通过数据收集装置记录此时的频率1)置于具有X，Y，Z方向的三维移动装置上，通过具有X，Y，Z方向的三维移动装置精确移动达到QCM中心与带有微阀的微流控芯片的出样口精准对接，从而使待测的生物分子样品，或处理后的生物分子样品可以精准的滴到QCM的正中心，同时通过精密恒温室保持待测的生物分子样品，或处理后的生物分子样品与QCM的最佳吸附温度。待测生物分子或处理后的生物分子在QCM上吸附完全后，微型水泵抽取二次水清洗掉QCM上未吸附的生物分子，进气装置干燥QCM。QCM干燥完全后(即频率不再变化)，记录此时QCM的频率2，通过频率1和频率2的变化得出生物分子在QCM上的吸附量。为了防止温度、静电和震动对检测效果的影响，将QCM和带有微阀的微流控芯片置于精密恒温室，精密恒温室置于防震防静电工作平台上。

本发明将带有微阀的微流控芯片的精确进样，或者样品与已知试剂的高效快速反应功能与QCM这种高灵敏度生物传感器有机地结合起来，是一种同时具有高效快速反应、高选择性识别和高灵敏度检测的以QCM为换能器的微流控生物芯片检测系统。它是一种这样的分析系统：(1)既能用于生物分子样品微量分析又能快速高灵敏检测；(2)既能对DNA进行固定、杂交又能进行PCR扩增；(3)既能分析蛋白质又能分析病毒和细胞的分析仪。此产品将有望用于DNA分析、基因表达分析、疾病诊断、药物筛选和免疫学测定、食品和商品检验、环境监测等许多方面，具有广阔的市场前景。

本发明的系统具有样品预处理和快速方便的检测生物分子的功能，操作简单，制造、使用、维护和修理成本相对较低，对于生物分子检测的优点在于：

(1)带有微阀的微流控芯片由三层组成：上层是液路通道，中间层是PDMS膜，下层是气体通道，通过气路中正负压的转换控制PDMS膜上突和下沉实现微阀开闭而实现液体的精确进样，微流通道具有高表面积与体积比，可以提高生物分子的杂交和反应速度。

(2)QCM固定于具有X、Y、Z方向的三维位移功能的承载台上，位移精度高，可实现QCM和微流控芯片出样口精准的对接，有利于样品的收集和样品用量最小化。

(3)冲洗吹干皆自动控制，大大提高了检测的自动化程度。

(4)可实现精密的温度控制，有利于反应的最佳条件的选择。

附图说明

图1.本发明的以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统的示意图。

图2.带有微阀的微流控芯片示意图。

图3.利用本发明系统检测DNA的实验步骤。

附图标记

1.防震防静电平台                2.具有X，Y，Z方向的三维移动装置

3.QCM                           4.带有微阀的微流控芯片

5.频率采集器                    6.电磁阀

7.电磁阀控制装置                8.数据收集装置

9.计算机                        10.微型水泵

11.进气装置                12.精密恒温室

13.真空泵

a、b、c.进样口         d.出样口         e.进出气口

具体实施方式

实施例1

请参见图1系统的连接方式：将开有进样口及清洁口的精密恒温室12置于防震及防静电的工作平台1上，精密恒温室中安装有移动精度为0.1mm的具有X，Y，Z方向的三维移动装置2，具有X，Y，Z方向的三维移动装置上固定有频率为9MHz的QCM 3(QCM由金片和晶体构成，晨晶电子有限公司产品，北京)，在QCM的上方安装有带有微阀的微流控芯片4，带有微阀的微流控芯片的底部有出样口；通过具有X，Y，Z方向的三维移动装置保证QCM正中心与带有微阀的微流控芯片出样口精准对接。

带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，其是由2块玻璃片中间为聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜封接构成，其中上层玻璃片带有微阀及微流控液路通道，下层玻璃片带有气路通道，微阀位于液路通道上；在构成液路通道的玻璃片上开有一个以上的进样口，在构成气路通道的玻璃片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通。

计算机9的数据输入及输出口通过导线与数据收集装置8的数据输入及输出口连接，数据收集装置8的4个数据输入口分别通过导线与电磁阀控制电路装置7、频率采集器5、具有X，Y，Z方向的三维移动装置2及精密恒温室12的数据输出口连接；频率采集器5的数据输入口通过导线与QCM的数据输出口连接；真空泵13的吸气口与电磁阀6的出气口相连接，提供气压为10MPa的N₂的进气装置(钢瓶)11的一出气口通过一带有支路气管的总气管与电磁阀的进气口相连通，所述的支路气管的另一端与带有微阀的微流控芯片上的气路通道的进出气口相连通；进气装置的另一出气口上的气管的另一端位于QCM的边缘上方；电磁阀控制电路装置7的电信号输入及输出口通过导线与电磁阀6的电信号输入及输出口连接；在QCM的上方有与微型水泵10相连通的管路，电压为12V的微型水泵10抽取水，经管路的出口对QCM进行冲洗。

微流控芯片的制作：

1)采用光刻胶和铬层保护的玻璃基片，(铬层为增强光刻胶和玻璃的密封程度，更好的刻蚀图形部位的玻璃而保护其它部位的玻璃不被刻蚀，铬层为保证玻璃和胶的连接，中国长沙韶光微电子总公司产品，SG2506)，铬厚145nm，胶厚450nm。用Freehand软件设计，在聚丙烯膜上分别形成如图2所示的带有液路通道及微阀和气路通道的聚丙烯掩模，液路通道宽180μm，气路通道宽300μm，液路通道上有六个微阀，每个微阀皆是由两个长800μm、宽500μm的矩形以及在两个矩形之间宽300μm的不被曝光部位构成；将带有液路通道及微阀或气路通道的聚丙烯掩模置于光刻胶和铬层保护的玻璃基片上后，在光强为6.8mW/mm²的紫外光下曝光6秒，然后在质量比为6：1000的NaOH和水溶液显影液中浸泡约10秒，除去被曝光部位的光刻胶，获得曝光处的带有液路通道及微阀或气路通道图形的光刻胶和铬层保护的玻璃基片。

2)再将步骤1)得到的光刻胶和铬层保护的玻璃基片清洗后置于120℃的烘箱中烘烤30分钟坚膜，坚膜后置于含有质量为200g的硝酸铈铵，35mL醋酸加水至1000mL的去Cr液中轻轻摇动30秒，去掉被曝光胶层部位的铬层，形成带有液路通道及微阀或气路通道的带有铬层的玻璃基片。

3)将步骤2)得到的带有铬层的玻璃基片清洗吹干后用体积比为42mL：60mL：198mL的分析纯HNO₃、分析纯HF和分析纯H₂O的玻璃刻蚀液，湿法在带有铬层的玻璃基片上刻蚀出液路通道及微阀或气路通道，刻蚀时间控制为液路通道9.5分钟、气路通道11分钟，液路通道及其上微阀矩形部位深30μm左右，气路通道深35μm左右；再将刻蚀好的带有铬层的玻璃基片放入去Cr液中(去Cr液同步骤2)一样)，在超声清洗器中超声清洗至带有铬层的玻璃基片上的Cr层和光刻胶层全部脱落，制得刻蚀出液路通道及微阀或气路通道的玻璃基片；

4)用超声波打孔机对步骤3)得到的带有液路通道及在液路通道上带有微阀的玻璃基片超声钻孔，在液路通道上获得孔径皆为3mm的进样口a和进样口c，及孔径为2mm的进样口b；用超声波打孔机对步骤3)得到的带有气路通道的玻璃基片超声钻孔，在气路通道上获得与气路通道相连通的孔径为2mm的进出气口e，与液路通道相通的孔径为2mm的出样口d；且气路通道不与上述的出样口相导通；

依次用体积比为3:1的质量浓度为98％的H₂SO₄与质量浓度为30％的H₂O₂混合液，以及无水乙醇溶液各对上述经打孔后的玻璃基片超声清洗30分钟；

5)将PDMS预聚体及固化剂(Dow Corning Corp，USA)混合，其中PDMS预聚体及固化剂体积比为10：1，将混合液浇在与玻璃基片相同大小的玻璃片上，升温交联2小时后，形成弹性好的PDMS膜；

6)将步骤5)得到的PDMS膜置于步骤4)获得的刻蚀后超声清洗好的玻璃基片之间，制得带有微阀的微流控芯片。所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，是由2玻璃基片中间为聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜封接构成，其中上层玻璃基片带有微阀及微流控液路通道，下层玻璃基片带有气路通道。

将预先用热的60℃体积比为3:1的质量浓度为98％的H₂SO₄与质量浓度为30％的H₂O₂混合液清洗好的QCM浸泡在用体积比为1：200的HS(CH₂)₆SH和乙醇溶液中，HS(CH₂)₆SH通过Au-SH键吸附在QCM上，30分钟后用12V微型水泵抽取二次水冲洗，N₂吹干(由QCM边缘上方的一与进气装置相连通的气管提供)；再将修饰有HS(CH₂)₆SH的QCM浸入含有直径为12nm的纳米金颗粒溶液中，纳米金颗粒通过Au-SH键吸附在HS(CH₂)₆SH上，30分钟后用12V微型水泵抽取二次水冲洗，N₂吹干；将修饰有HS(CH₂)₆SH和纳米金颗粒的QCM浸入浓度为2.0×10^-6M/L的探针DNA中，探针DNA通过Au-SH键和纳米金颗粒结合，1小时后用12V微型水泵抽取二次水冲洗，N₂吹干，记录此时的频率1。将修饰有HS(CH₂)₆SH、纳米金颗粒和探针DNA的QCM固定于有X，Y，Z方向的三维移动装置上，由其移动使QCM正中心与微流控芯片的出样口d实现精密对接，进样口b处加入30μL浓度为2.0×10^-6M/L的靶标DNA，同时关闭进样口a和c，通过由进出气口e进入气路通道中的N2流压力控制PDMS膜上的微阀的开合，使靶标DNA样品在液路中流动，靶标DNA从气路出样口d流出后精确滴到QCM的正中心，精密恒温室控制温度为40℃，待靶标DNA和探针DNA杂交1小时后，12V微型水泵抽取二次水冲走QCM上未杂交的靶标DNA，N₂吹干，记录此时的频率2；通过QCM频率1和2之差得出和探针DNA杂交的靶标DNA的量为35ng。

实施例1中所用的探针和靶标DNA系列如下：

探针DNA：5′-ATG GGC CTC AGG TTC AT-(CH₂)₆-SH-3′

靶标DNA：5′-ATG AAC CTG AGG CCC AT-3′

实施例2

采用实施例1的系统及带有微阀的微流控芯片和探针和靶标DNA。

将预先用热60℃体积比为3:1的质量浓度为98％的H₂SO₄与质量浓度为30％的H₂O₂混合液清洗好的QCM浸泡在用体积比为1：200的HS(CH₂)₆SH和乙醇溶液中，HS(CH₂)₆SH通过Au-SH键吸附在QCM上，30分钟后用12V微型水泵抽取二次水冲洗，N₂吹干(由QCM边缘上方的一与进气装置相连通的气管提供)；再将修饰有HS(CH₂)₆SH的QCM浸入含有直径为12nm的纳米金颗粒溶液中，纳米金颗粒通过Au-SH键吸附在HS(CH₂)₆SH上，30分钟后用12V微型水泵抽取二次水冲洗，N₂吹干，记录此时的频率3。将修饰有HS(CH₂)₆SH、纳米金颗粒的QCM固定于有X，Y，Z方向的三维移动装置上，由其移动使QCM正中心与微流控芯片出样口d实现精密对接，进样口a和c处分别加入20μL浓度为2.0×10^-6M/L的实施例1中探针DNA和靶标DNA，同时关闭进样口b，通过由进出气口e进入气路通道中的N₂流压力控制PDMS膜上的微阀的开合，使探针DNA和靶标DNA样品在液路中流动，精密恒温室的温度控制为40℃，由于微流控芯片通道通道高的表面积与体积比，探针DNA和靶标DNA在液路通道中快速杂交，杂交后的DNA从气路出样口d流出后精确滴到QCM的正中心，杂交后的DNA通过Au-SH键与QCM上的纳米金颗粒结合，吸附1小时后，微型水泵抽取二次水冲走未吸附杂交DNA，氮气吹干，记录此时的频率4；通过QCM频率3和4之差得出杂交DNA的吸附量为68ng。

实施例3

采用实施例1的系统及带有微阀的微流控芯片。

将预先用热60℃体积比为3:1的质量浓度为98％的H₂SO₄与质量浓度为30％的H₂O₂混合液清洗好的QCM浸入质量浓度为1mg mL^-1抗生物素蛋白(avidin)溶液中，抗生物素蛋白通过化学键吸附在QCM上，30分钟后用水冲洗，N₂气吹干(由QCM边缘上方的一与进气装置相连通的气管提供)，记录此时的频率5；将avidin修饰的QCM固定于有X，Y，Z方向的三维移动装置上，由其移动使QCM中心与微流控芯片出样口d实现精密对接，微流控芯片进样口b处加入30μL浓度为2.0×10^-6M/L生物素(biotin)上接有TAR RNA的靶标biotin-TAR RNA，关闭进样口a和c，通过由进出气口e进入气路通道中的N₂流压力控制PDMS膜上的微阀的开合，使样品在液路中流动，靶标biotin-TAR RNA从气路出样口d流出后精确滴到QCM的正中心，精密恒温室控制温度为25℃，靶标biotin-TAR RNA中的biotin和探针avidin特异性吸附，吸附1小时后，12V微型水泵抽取二次水冲走未吸附的靶标biotin-TARRNA，N₂吹干，记录此时的频率6；通过QCM频率5和6之差得出与探针avidin吸附的靶标biotin-TAR RNA吸附量为23ng。

实施例3中所用的靶标biotin-TAR RNA系列如下：

biotin-TAR RNA：biotin-5′-GCCAGAUCUGAGCCUGGGAGCUCUCUGGC-3′

以上仅给出本发明系统的具体连接方式和制作的微流控芯片，以及由此系统检测DNA和RNA实施例，而对其他生物分子的检测手段和工艺条件基本相同，不再重复。

Claims (10)

1.一种以石英晶体微天平为换能器的微流控芯片检测系统，包括进样及检测部分和外部控制及数据采集部分，其特征是：

在所述的进样及检测部分中，在防震及防静电的工作平台上有精密恒温室，在精密恒温室中安装有具有X，Y，Z方向的三维移动装置，在具有X，Y，Z方向的三维移动装置上固定有石英晶体微天平，在石英晶体微天平的上方安装有带有微阀的微流控芯片，带有微阀的微流控芯片的底部有出样口；

所述的带有微阀的微流控芯片为夹层式结构，其是由2基片中间为聚二甲基硅氧烷膜封接构成，其中上层基片带有微阀及微流控液路通道，下层基片带有气路通道；在构成液路通道的基片上开有进样口，在构成气路通道的基片上开有出样口，且气路通道不与出样口相导通；

在所述的外部控制及数据采集部分中，计算机的数据输入及输出口通过导线与数据收集装置的数据输入及输出口连接，数据收集装置的4个数据输入口分别通过导线与电磁阀控制电路装置、频率采集器、具有X，Y，Z方向的三维移动装置及精密恒温室的数据输出口连接；

频率采集器的数据输入口通过导线与石英晶体微天平的数据输出口连接；

真空泵的吸气口与电磁阀的出气口相连接，进气装置的一出气口通过一带有支路气管的总气管与电磁阀的进气口相连通，所述的支路气管的另一端与带有微阀的微流控芯片上的气路通道的进出气口相连通，进气装置的另一出气口上的气管的另一端位于石英晶体微天平的边缘上方；电磁阀控制电路装置的电信号输入及输出口通过导线与电磁阀的电信号输入及输出口连接；真空泵及进气装置的启动与关闭由电磁阀控制，通过电磁阀的开闭控制总气管中的气流，从而形成支路气管中的正压和负压的循环；

所述的精密恒温室上开有进样口及清洁口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的精密恒温室的进样口是一个以上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的在构成液路通道的基片上开有的进样口是一个以上。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的带有微阀的微流控芯片的微阀是位于液路通道上。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的石英晶体微天平的上方有与微型水泵连通的管路。

6.根据权利要求1或5所述的系统，其特征是：所述的微型水泵电压调节范围为6～18V。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的进气装置提供的是0～25MPa的N₂。

8.根据权利要求1或3所述的系统，其特征是：所述的基片材料是硅、石英或玻璃。

9.一种带有微阀的微流控芯片，是通过曝光、显影、坚膜、去铬、刻蚀、去膜、超声波打孔步骤制作得到的，其特征是：

1)用光刻方法，将带有液路通道及微阀或气路通道的掩模置于带光刻胶的基片上，在紫外光下曝光，显影液除去被曝光部位的光刻胶，获得曝光处的带有液路通道及微阀或气路通道图形的基片；

2)将步骤1)得到的基片清洗后，在温度为60～130℃下坚膜，将坚膜后的基片置于刻蚀液中，有光刻胶保护部位的基片不被腐蚀，暴露出的液路通道及微阀或气路通道的基片材料和刻蚀液发生化学反应而被剥离下来形成液路通道及微阀或气路通道；

3)将步骤2)得到的基片放在光刻胶去除液中，超声清洗器中加热超声至未曝光部位的光刻胶层全部脱落；

4)将步骤3)得到的带有液路通道及在液路通道上带有微阀的基片超声钻孔，得到与液路通道相通的进样口，清洗；或

将步骤3)得到的带有气路通道的基片超声钻孔，得到与气路通道相连通的进出气口，及在基片上得到与液路通道相通的出样口，且气路通道不与出样口相导通，清洗；

5)将聚二甲基硅氧烷预聚体及固化剂混合，其中聚二甲基硅氧烷预聚体及固化剂的体积比为10：1，将混合液浇在与步骤3)基片相同大小的玻璃片上，升温交联，形成弹性好的聚二甲基硅氧烷膜；

6)将步骤5)得到的将聚二甲基硅氧烷膜置于步骤4)获得的刻蚀好的两块基片之间，制得带有微阀的微流控芯片。

10.根据权利要求9所述的带有微阀的微流控芯片，其特征是：所述的基片材料是硅、石英或玻璃；所述的掩模材料是聚丙烯材料。

Images