CN103389171A - 一种具有感温特性的微流控芯片 - Google Patents

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叶嘉明
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Abstract

本发明提出一种新型的、具有感温特性的微流控芯片，直接使用具有感温变色特性的高分子聚合物材料进行微流控芯片的加工。该微流控芯片具有感温变色的特性，可以在不同温度下，显示不同的颜色，因此能够快速、便捷、直观地获取微流控芯片的温度信息。

Description

一种具有感温特性的微流控芯片
技术领域
本发明涉及微流控芯片领域，特别是涉及一种具有感温变色特性的微流控芯片。
背景技术
微流控芯片(microfluidic chip)已经在化学、生物等领域获得深入的研究和广泛的应用。在微流控芯片的应用中，温度控制与检测在化学分析、生物分析、医学检测等领域具有举足轻重的意义。绝大多数场合中，均需要对微流控芯片内部或表面的温度进行检控。例如，集成聚合酶链式反应(PCR)功能的微流控芯片中，需要在微流控芯片中集成整合三个温度区域，因此需要配套使用多个基于温度传感器的温度检测设备。与上述PCR微流控芯片的温度检测系统类似，目前的微流控温度检测往往需要具备高精度的温度传感器，主要包括各种类型的薄膜传感器或微电极型传感器，并且配备高精度的电子采集系统进行检测。因此，在微流控芯片系统中，目前温度的检测系统结构复杂、成本较高。如果能够将一些温度传感器件例如感温卡等器件集成到微流控芯片上，则将大大降低检测仪器的体积和成本。特别地，如果可以将感温材料作为微流控芯片的材料直接加工制备成微流控芯片整体中的一部分，不论是在使用层面上，还是在生产层面上而言，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明提出一种具有感温特性的微流控芯片，直接使用具有感温变色特性的高分子聚合物材料进行微流控芯片的加工，从而制备一种新型的、具有感温特性的微流控芯片，特别适合于微流控芯片的温度检测系统。
为了实现上述目标，本发明提出一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于该微流控芯片是由具有感温特性的高分子聚合物材料加工而成。所述的具有滤光特性的高分子聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，材料内部掺杂具有感温变色材料。
本发明提供一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的感温变色的范围为-15℃～100℃。
本发明提供一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的掺杂方法包括将色素或染料的固体粉末或溶液，加入到液相高分子聚合物材料中，固化成型而成。所述的固化成型可以是高温融化状态下的聚合物固化而成，也可以是将溶解有聚合物的溶液中的溶剂挥发后固化而成，也可以是促使聚合物的单体溶液发生聚合反应后固化而成。
本发明提供一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的微流控芯片上加工有微通道、通孔等微结构，可以采用以下两种方式进行制备，可以是使用激光雕刻、车床加工等方式在具有感温特性的基片材料上直接加工而成；也可以是在固化成型过程中，直接将掺杂有感温变色材料的高分子聚合物的预聚体或融化状态下的聚合物浇铸到微流控芯片的模具上直接浇铸成型。
使用本发明提供的微流控芯片，可以大大简化微流控温度检测系统的器件组成，并且具有感温特性的高分子聚合物材料材料成本和加工成本十分低廉，可用于批量化生产，因此特别适合于一次性使用的微流控芯片的生产和推广。
附图说明
图1.本发明提供的一种具有感温特性的微流控芯片。其中，A为具有感温特性的盖片层；B为具有感温特性的流体通道层；C为25℃时的微流控芯片；D为35℃时的微流控芯片；E为45℃时的微流控芯片。
图2.本发明提供的一种具有感温特性的PCR微流控芯片。a为解链区，b为退火区，c为延伸区。
具体实施方案
下面的实施例将结合说明书附图对本发明予以进一步的说明。
实施例1一种具有感温特性的PDMS微流控芯片
一种具有感温特性的PDMS微流控芯片，结构如图1所示，该芯片由盖片层A、流体通道层B构成。其制备过程如下：首先，将粒径为3～10微米的感温胶囊粉末材料，按照质量比为0.5～1％的比例加入到聚二甲基硅氧烷的预聚体中，单体和引发剂的体积比为10∶1，搅拌使两者充分混合，真空除尽气泡后形成均一的混合液；取上述混合液一部分使用甩胶机涂覆在载玻片表面(载玻片表面预先使用特氟龙进行涂覆修饰)，形成一层厚度约300微米的薄液膜，取另一部分预聚体浇铸在一个表面具有凸起结构的金属镍模具上；将上述两个表面涂覆液膜的基片置于热板或烘箱中，80℃加热1h，使得聚二甲基硅氧烷完全聚合固化；将固化成型后的两个聚二甲基硅氧烷薄膜从基片上剥离，分别获得表面平整和具有微通道结构的PDMS基片；最后在盖片上打孔，使用氧等离子体对两个基片进行表面轰击活化处理，将两层对准后贴合，获得具有感温特性的PDMS微流控芯片。
将该微流控芯片置于室温25℃时，微流控芯片C为深红色；当置于35℃热板时，微流控芯片D的颜色变为浅红色；进一步提高温度45℃时，微流控芯片E变为透明。按照上述方法制备的微流控芯片具有感温变色的特性，可以在不同温度下，显示不同的颜色，因此能够快速、便捷、直观地获取微流控芯片的温度信息。
实施例2一种具有感温特性的PMMA微流控芯片
一种具有感温特性的PMMA微流控芯片，结构如图1所示，盖片层A、流体通道层B由PMMA构成。其制备过程如下：首先，150℃条件下，将粒径10微米的感温变色材料的粉末按照1％质量比与PMMA的熔融体充分混合，搅拌均匀，真空除尽气泡；将上述混合液取一部分浇铸在一个表面抛光的、镜面平整的不锈钢基片上，另取部分浇铸在一个表面具有凸起结构的金属镍模具上，厚度为100～500微米；将该基片降至常温后，取出，将薄膜从基片剥离，获得两张具有感温特性的PMMA基片；最后使用热压键合方法，将三层对准后90～100℃下热压键合，实现整体具有感温特性的PMMA微流控芯片。该微流控芯片在不同温度下，分别呈现不同的颜色，如图1中的C～E所示，在温度为25℃时的微流控芯片C呈现深蓝色；35℃时的微流控芯片D为浅蓝色；45℃时的微流控芯片E为无色透明。
实施例3一种具有感温特性的PCR微流控芯片
一种具有感温特性的PCR微流控芯片，截面结构如图2所示，该微流控芯片由盖片层和流体通道层构成，材料为感温变色型的PMMA。其制备过程与实施例2所述相同。如图2所示，该微流控芯片三个温度区分别为：a解链区95℃，b退火区47.5℃，c延伸区72℃。在该温度条件下，微流控芯片中的不同部位a、b和c分别显示不同的颜色。
使用本实施例提供的PCR微流控芯片，可以很直观的获得微流控芯片上不同温度区域的温度信息。

Claims (5)

1.一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于该微流控芯片是由具有感温特性的高分子聚合物材料加工而成。
2.按照权利要求1所述的一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的具有滤光特性的高分子聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，材料内部掺杂具有感温变色材料。
3.按照权利要求1和2所述的一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的感温变色的范围为-15℃～100℃。
4.按照权利要求2所述的一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的掺杂方法包括将色素或染料的固体粉末或溶液，加入到液相高分子聚合物材料中，固化成型而成。所述的固化成型可以是高温融化状态下的聚合物固化而成，也可以是将溶解有聚合物的溶液中的溶剂挥发后固化而成，也可以是促使聚合物的单体溶液发生聚合反应后固化而成。
5.按照权利要求1所述的一种具有感温特性的微流控芯片，其特征在于，所述的微流控芯片上加工有微通道、通孔等微结构，可以采用以下两种方式进行制备，可以是使用激光雕刻、车床加工等方式在具有感温特性的基片材料上直接加工而成；也可以是在固化成型过程中，直接将掺杂有感温变色材料的高分子聚合物的预聚体或融化状态下的聚合物浇铸到微流控芯片的模具上直接浇铸成型。
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