CN101774532B

CN101774532B - 一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法

Info

Publication number: CN101774532B
Application number: CN2010101032942A
Authority: CN
Inventors: 宋永欣; 李冬青
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: CN101774532A

Abstract

本发明公开了一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，包括如下步骤：先制备具有混合液注入通道和主通道的微米级通道的芯片，再将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔中，使混合液沿混合液注入通道流入到主通道中，当距离主通道的远侧面3～4μm时，立即在缓冲液储液孔中加入等量的缓冲液，将圆柱状PDMS塞入混合液储液孔中，并用透明胶密封混合液储液孔和缓冲液储液孔，当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道的远侧面处形成一定长度的纳米级通道。本发明加工十分简单、方便和快速；可根据需要，结合不同的芯片结构设计，实现不同结构的纳米通道，且纳米通道与芯片的集成是自然而成的，因此是一种通用的方法。

Description

一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法

技术领域

本发明涉及微流体芯片技术领域，尤其涉及一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法。

背景技术

由于纳米通道结构的尺寸效应、比表面积效应及管道内外的特殊的物理化学性质，纳米通道技术在化学、生物分子检测和分离等方面提供了一个新的手段。随着多种纳米通道加工技术的出现，一些相关技术逐渐在医药、环境监控及国土安全等诸多领域获得了一定的应用。

目前，较为成熟的纳米通道加工技术主要有：采用自然态的通道，如生物膜离子通道；用各种材料人工合成的通道，如碳纳米管、阵列式纳米通道；以及基于电子束光刻、相干刻蚀、自组装等纳米通道加工方法。另外，最近还有关于采用塌陷、开裂等方法在PDMS表面产生纳米通道的研究的报道。

但是，上述方法存在以下缺点：

1、工艺复杂，成本高。如基于电子束光刻、相干刻蚀、自组装等纳米通道加工方法加工程序复杂，加工设备昂贵，芯片不能多次重复使用，因此导致加工成本很高。

2、纳米通道无法方便地和现有的微流体芯片集成，从而限制了纳米通道技术的广泛应用。目前的微流体芯片大都是采用软光刻的加工方法，采用PDMS与玻璃相键合的方法加工而成。现有的纳米通道加工技术很难将纳米通道集成到PDMS芯片上。

因此，非常有必要发展一种简便且易于和现有微流体芯片相集成的纳米通道加工方法。这对于纳米通道技术的发展和广泛应用具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有微流体芯片纳米通道加工技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种可快速、方便的直接在微米级通道的基础上实现不同结构的纳米级通道，且根据需要，纳米通道可方便地与现有的微流体芯片集成的纳米通道加工方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法包括如下步骤：

A、采用光刻技术(lithography)，即通过打印通道为微米级的掩模、使用SU-8负光刻胶，通过紫外曝光在硅基晶片上加工出具有主通道和混合液注入通道的阳膜，然后在晶片上浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，采用恒温真空炉，在70～80℃条件下固化3～4个小时；将PDMS与晶片剥离，并在主通道的两端各打一个缓冲液储液孔、在混合液注入通道的顶端打一个混合液储液孔；采用空气等离子体的方法，将带有凹通道的PDMS与玻璃底片进行封接，从而形成具有微米级通道的芯片；

B、将液体PDMS与固化剂以10∶1的比率混合成混合液，置于真空炉中除气后，再置于冰箱中保鲜17～24小时，以获得合适的粘度；

C、将芯片置于热板上，调节上方的显微镜，以保证能完整的观察到芯片通道；

D、将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔中，使混合液沿混合液注入通道流入到主通道中；

E、随着混合液缓慢流出混合液注入通道的出口，当距离主通道的远侧面3～4μm时，立即在2个缓冲液储液孔中加入等量的缓冲液；

F、将步骤A中打混合液储液孔时留下的圆柱状PDMS塞入混合液储液孔中，并用透明胶固定、密封；同时，将2个缓冲液储液孔用透明胶密封；轻轻用力挤压混合液储液孔，保证主通道中的混合液紧密接触主通道的远侧面；与此同时，调整热板的温度到70℃，加热10分钟，固化主通道内的PDMS；当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道的远侧面处形成一定长度的纳米级通道。

本发明所述的主通道的宽度H1为150～200μm，混合液注入通道的宽度H2为300～400μm，混合液注入通道出液口距离主通道的远侧面高度H3为5～10μm，缓冲液储液孔的半径R1为2000～2500μm，混合液储液孔的半径R2为2500～3000μm，出液口左右台肩L2为20～30μm，所述的远侧面是主通道远离混合液注入通道的侧面。

本发明所述的缓冲液是pH值为8～9的硼酸盐缓冲液。

本发明所述的液体PDMS是Sylgard 184硅树脂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明通过注入微量液体PDMS与固化剂混合液形成纳米通道，因此，加工十分简单、方便和快速；

2、本发明可根据需要，结合不同的芯片结构设计，实现不同结构的纳米通道，因此是一种通用的方法；

3、由于本发明是通过预设混合液注入通道出液口，在现有的微米级通道的基础上形成纳米通道，且纳米通道与芯片的集成是自然而成的，这是现有其它获得纳米结构微流体芯片加工方法所无法比拟的；

4、通过不同的微通道设计，本发明可方便产生不同形状和长度的纳米通道，还可用于纳米颗粒计数、生物分子检测和分离等。

附图说明

本发明有附图2张，其中：

图1是微流体芯片掩模结构示意图；

图2是微流体芯片示意图。

1、主通道，2、混合液注入通道，3、缓冲液储液孔，4、混合液储液孔，5、玻璃底片，6、带有凹通道的PDMS。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法包括如下步骤：

A、采用光刻技术(lithography)，即通过打印通道为微米级的掩模、使用SU-8负光刻胶，通过紫外曝光在硅基晶片上加工出具有主通道1和混合液注入通道2的阳膜，然后在晶片上浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，采用恒温真空炉，在70～80℃条件下固化3～4个小时；将PDMS与晶片剥离，并在主通道1的两端各打一个缓冲液储液孔3、在混合液注入通道2的顶端打一个混合液储液孔4；采用空气等离子体的方法，将带有凹通道的PDMS6与玻璃底片5进行封接，从而形成具有微米级通道的芯片；所述的主通道1的宽度H1为150～200μm，混合液注入通道2的宽度H2为300～400μm，混合液注入通道2出液口距离主通道1的远侧面高度H3为5～10μm，缓冲液储液孔3的半径R1为2000～2500μm，混合液储液孔4的半径R2为2500～3000μm，出液口左右台肩L2为20～30μm。

B、将液体PDMS与固化剂以10∶1的比率混合成混合液，置于真空炉中除气后，再置于冰箱中保鲜17～24小时，以获得合适的粘度；所述的液体PDMS是Sylgard 184硅树脂。

D、将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔4中，使混合液沿混合液注入通道2流入到主通道1中；

E、随着混合液缓慢流出混合液注入通道2的出口，当距离主通道1的远侧面3～4μm时，立即在2个缓冲液储液孔3中加入等量的缓冲液；所述的缓冲液是pH值为8～9的硼酸盐缓冲液。

F、将步骤A中打混合液储液孔4时留下的圆柱状PDMS塞入混合液储液孔4中，并用透明胶固定、密封；同时，将2个缓冲液储液孔3用透明胶密封；轻轻用力挤压混合液储液孔4，保证主通道1中的混合液紧密接触主通道1的远侧面；与此同时，调整热板的温度到70℃，加热10分钟，固化主通道1内的PDMS；当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道1的远侧面处形成一定长度的纳米级通道。

本发明的另一个实施例是：步骤A、B、C同上，步骤D、E、F如下：

D：将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液沿混合液注入通道(2)流入到主通道(1)中；

E：在缓冲液储液孔(3)中加入适量的缓冲液；

F：挤压混合液储液孔(4)，保证主通道(1)中的混合液紧密接触主通道(1)的远侧面，同时调整热板的温度到70℃，加热10分钟，固化主通道(1)内的PDMS。

Claims

1.一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、采用光刻技术，即通过打印通道为微米级的掩模、使用SU-8负光刻胶，通过紫外曝光在硅基晶片上加工出具有主通道(1)和混合液注入通道(2)的阳膜，然后在晶片上浇注聚二甲基硅氧烷PDMS，采用恒温真空炉，在70～80℃条件下固化3～4个小时；将PDMS与晶片剥离，并在主通道(1)的两端各打一个缓冲液储液孔(3)、在混合液注入通道(2)的顶端打一个混合液储液孔(4)；采用空气等离子体的方法，将带有凹通道的PDMS(6)与玻璃底片(5)进行封接，从而形成具有微米级通道的芯片；

所述的主通道(1)的宽度H1为150～200μm，混合液注入通道(2)的宽度H2为300～400μm，混合液注入通道(2)出液口距离主通道(1)的远侧面高度H3为5～10μm，缓冲液储液孔(3)的半径R1为2000～2500μm，混合液储液孔(4)的半径R2为2500～3000μm，出液口左右台肩L2为20～30μm；所述的远侧面是主通道(1)远离混合液注入通道(2)的侧面；

D、将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔(4)中，使混合液沿混合液注入通道(2)流入到主通道(1)中；

E、随着混合液缓慢流出混合液注入通道(2)的出口，当距离主通道(1)的远侧面3～4μm时，立即在2个缓冲液储液孔(3)中加入等量的缓冲液；

F、将步骤A中打混合液储液孔(4)时留下的圆柱状PDMS塞入混合液储液孔(4)中，并用透明胶固定、密封；同时，将2个缓冲液储液孔(3)用透明胶密封；轻轻用力挤压混合液储液孔(4)，保证主通道(1)中的混合液紧密接触主通道(1)的远侧面；与此同时，调整热板的温度到70℃，加热10分钟，固化主通道(1)内的PDMS；当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道(1)的远侧面处形成一定长度的纳米级通道。

2.根据权利要求1所述的一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于：所述的缓冲液是pH值为8～9的硼酸盐缓冲液。

3.根据权利要求1所述的一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于：所述的液体PDMS是Sylgard 184硅树脂。