CN102935391A - 一种以喷墨打印通道为模板制作微流控芯片的方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种以喷墨打印通道为模板制作微流控芯片的方法及应用，本发明直接以办公用喷墨打印机打印出的掩膜为模具，并将其产生的微通道与气压膜方法相结合作为反模，最终得到的微流控芯片具有弧形的、高度可调节的、光滑均一的微通道。本发明制作微通道的方法与传统软光刻方法相比简单、快速、成本低廉、环境友好、且无需专业设备；期望为非微流控芯片专业的实验室提供一种简单便捷的方法来制作微流控芯片，并且在芯片电泳及泵阀集成自动化控制中得到应用。

Description

一种以喷墨打印通道为模板制作微流控芯片的方法及应用

技术领域

本发明涉及微流控芯片制作过程中的模板制备技术及其应用领域，特别提供了一种以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法及应用。

背景技术

作为一项新兴技术，微流控芯片（Microfluidics，Lab-on-a-chip）现已广泛应用于多种领域。其具有低样品消耗、耗时少、微型化、集成化及可实现高通量分析等优势。

光刻是微流控芯片模板制作中最为常用的技术。它是利用光成像和光敏胶在基片上图案化的过程：将掩膜置于光源与光刻胶之间，用紫外光等透过掩膜对光刻胶进行选择性照射，受光照部分的光刻胶发生化学变化而变性（由于胶种类的不同交联或聚合）。经后续显影处理对此部分光刻胶进行去除或保留，从而完成芯片模板的制作[林炳承，秦建华,图解-微流控芯片实验室.2008]。

但传统光刻模板的过程还存在以下不足：1、光刻过程中要使用专业的昂贵的仪器设备（甩胶机、热板、紫外曝光机等）；2、使用的光刻胶成本高且具有刺激性；3、显影过程中要使用大量的有机试剂（乳酸乙酯、异丙醇）；4、产生的通道截面为方形，不利于气动泵阀芯片的封闭。本发明涉及以直接喷墨打印掩膜为模板并与气压膜方法相结合替代常规光刻模板的制作过程，设备成本低廉、制作方法简单、环境友好。

发明内容

本发明的目的是提供一种以喷墨打印通道为模板制作微流控芯片的方法及应用，该方法解决了常规光刻模板制作过程中仪器设备昂贵、专业要求度高、有机试剂消耗量大、泵阀中方形通道封闭困难等问题。

本发明的目的是提供一种以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，该方法的具体步骤如下：

——在投影膜上用普通办公用喷墨打印机打印出模板，打印模板高度为7-8μm；

——在打印模版上倒入PDMS（单体：引发剂=10：1），待60°C下一小时PDMS固化后，便在其表面刻下了打印通道的形状、形成“一次通道”，但此时通道表面粗糙；

——在“一次通道”一端打孔，并且在其表面利用等离子体方法封接上一层约40μm厚的PDMS膜，形成气路通道；

——在上述气路通道加入0.01-0.04MPa的正气压，将膜顶起，形成一个气压膜反模模板；

——在“气压膜模板”上倒入PDMS（单体：引发剂=10：1），并在80°C下保持充气状态至PDMS固化；

——揭下上层PDMS层，其表面形成“二次通道”。

本发明提供的以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述打印机为普通办公用喷墨打印机，其打印通道的宽度由打印线条的宽度所决定，打印的模板高度由喷墨打印机本身的喷墨高度所决定（一般为7-8微米）。理论上，喷蜡等其它类型的打印机也可以实现此过程。

本发明提供的以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述打印基质为普通塑料投影膜，由于其高温下会产生变性，所以在形成“一次通道”过程中，将PDMS的固化温度由80°C降为60°C，时间相应有40分钟增至60分钟。

本发明提供的以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述“气压膜模板”实际上就是在“一次通道”基础上形成的气路通道；所以“二次通道”与“一次通道”相比结构是完全一致的，只是通道的光滑度、均一度、高度等与“一次通道”相比有较大的提升。

本发明提供的以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，所述“二次通道”的宽度由打印模板的宽度所决定，而通道高度可以由“气压膜模板”中施加的气压所控制，气压越大高度越高。

本发明的创造性在于：利用打印通道为模板与“气压膜方法”相结合来代替传统光刻模板制作微流控芯片，为非微流控芯片专业的实验室提供了一种简单便捷的制片方法。

本发明的优点在于：1、无需昂贵的光刻设备；2、无需硅片等光刻板，成本低廉；3、操作简单易控；4、节约能源，环境友好；5、所得通道为弧形，更有利于泵阀的操控。

附图说明

图1以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法流程图；

图2通道表征图；a-b：利用打印模板产生“一次通道”的俯视及剖面图；c-d：利用“一次通道”制作的气压膜模板产生“二次通道”的俯视及剖面图；

图3在“二次通道”形成过程中，其通道的高度随气压膜内气压的改变而变化；

图4利用本发明方法制作电泳芯片的结构示意图及实物图；

图5利用本发明方法制作电泳芯片的稳定性考察；

图6利用本发明方法制作电泳芯片的分离效果考察；

图7利用本发明方法制作泵阀芯片的结构示意图及实物图；

图8方形通道与弧形通道作为气路时，气动泵阀闭合原理示意图；

图9利用本发明方法制作泵阀芯片中泵阀的工作流程实物图。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1：

以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，如图1所示，其具体步骤如下：

——在投影膜上用普通办公用喷墨打印机打印出打印模板；

——在打印模板上倒入PDMS（单体：引发剂=10：1），在60°C下固化1小时后，在PDMS表面刻下了打印通道的形状，形成“一次通道”；

——在“一次通道”一端打孔，并且在其表面利用等离子体方法封接上一层约40μm厚的PDMS膜，形成气路通道；

——在上述气路通道加入0.01-0.04MPa的正气压，将膜顶起，形成一个气压膜模板；

——在“气压膜模板”上倒入10：1的PDMS，并在80°C下保持充气状态至PDMS固化；

——揭下上层PDMS层，PDMS面形成“二次通道”。

实施例2：

以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，如图2所示，利用打印模板产生的“一次通道”非常粗糙，并且高度只有7-8微米，这样的通道无法满足微流控相关的实验要求；而利用“一次通道”制作的气压膜模板产生的“二次通道”，在保留了“一次通道”结构的同时又从根本上改变了“一次通道”的表面性质，使其变得均一、光滑且深度加深。

实施例3：

以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，如图3所示，“二次通道”的通道高度可以由气压膜模板内气压的大小所调控且产生的通道为弧形。

实施例4：

以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，可以用于制作十字电泳芯片。如图4所示，该芯片有十字型排列的两条通道组成，一条为进样通道；另外一条为分离通道。本发明以FITC（10^-7mol/L）及DNAmarker（原液100倍稀释）为对象分别对该电泳芯片的稳定性及分离效果进行考察（激光诱导荧光检测），其电泳分离条件如下：

FITC电泳条件

DNA marker分离条件

如图5所示，FITC样品的六次重复实验的分离结果出峰时间基本相同，说明本电泳芯片的稳定性良好。又如图6所示，DNA marker样品中分子量不同的六个片段可以较好的得到分离，说明本芯片的分离效果良好。

实施例5：

以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，可以用于制作气动泵阀芯片。如图7及图8所示，气动微阀是指利用芯片下层气路内气压的大小来调节中间隔膜的形变量，从而对上层液路的开放与闭合进行调控；而并列放置的三个微阀通过特定顺序的开关可以组成一个微泵。例如图7中，气路通道123、567分别组成两组微泵，而其它单独的气路通道为微阀。如图8所示，在中间隔膜的形变量相同的情况下，弧形通道中的微阀更容易闭合，这是本发明与传统方法相比最明显的优势之一。如图9所示，在程序化电磁阀的控制下，可以实现三组微阀的顺序开关，从而在液路中起到类似于蠕动泵的作用，使液路内的液体脉冲式流动。

Claims (7)

1.一种以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：

——在投影膜上用普通办公用喷墨打印机打印出打印模板；

——在打印模板上倒入PDMS，在50-60°C下固化60-90min后，在PDMS表面刻下了打印通道的形状，形成“一次通道”；

——在“一次通道”一端打孔，并且在其表面利用等离子体方法封接上一层约40-100μm厚的PDMS膜，形成气路通道；

——在上述气路通道加入正气压，将膜顶起，形成一个气压膜模板；

——在“气压膜模板”上倒入PDMS，并在60-80°C下保持充气状态至PDMS固化；

——揭下上层PDMS层，PDMS面形成“二次通道”。

2.按照权利要求1所述以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于：所述的打印模板为打印机打印出的墨线。

3.按照权利要求1所述以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于：所述打印模板高度为7-8μm。

4.按照权利要求1所述以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于：所述“二次通道”的截面为弧形。

5.按照权利要求1所述以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于：所述PDMS为单体：引发剂=10：1。

6.按照权利要求1所述以喷墨打印通道为模板制作弧形通道微流控芯片的方法，其特征在于：所述正气压为0.01-0.04MPa。

7.以权利要求1所述方法制备出的弧形通道微流控芯片应用在芯片电泳、芯片泵阀集成领域。

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