CN103495440A - 离心式微流控芯片试剂预封装结构、制作方法及应用方法 - Google Patents

Abstract

离心式微流控芯片试剂预封装结构、制作方法及应用方法，涉及硬质聚合物离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法，本发明实现微流控芯片上试剂的预封装和长期保存，避免芯片使用前耗时的人工进样或对大型进样装置的需求，并保证实际情况对芯片稳定性和抗振性的要求。加工采用激光加工工艺，材料为PMMA，试剂预封装通过压敏胶与PMMA粘接形成的封闭腔体实现，预封装的开启通过离心机上芯片的安装和离心机提供的离心力实现，有效地满足了试剂的预封装和长期保存需求，本发明具有工艺简单，可靠性高，易于实现，适应批量化生产线的优点。

Description

离心式微流控芯片试剂预封装结构、制作方法及应用方法

技术领域

本发明涉及硬质聚合物离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法，适用于生化检测中采用硬质聚合物材料加工所得微流控芯片内的试剂预封装与保存。

背景技术

生化检测微流控芯片为多功能系统芯片，常称之为芯片实验室（Lab-on-a-chip），该芯片把生化检测所涉及的样品制备、定量进样、液体混合、生化反应、分离检测等基本操作单元集成或基本集成于几平方厘米的芯片之上，是用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。微流控芯片的基本特征和最大优势是将各种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。目前，硬质聚合物是普遍采用的微流控芯片加工材料（如：PC，PMMA）。硬质聚合物材料的微流控芯片上微流控结构的加工方法包括热压、激光加工等。其中，激光加工方法具有效率高、对芯片结构设计的约束小的优点。

试剂预封装是微流控芯片在便携式分析检测领域应用的必须功能。当前，在已有的微流控芯片系统中，试剂的预封装和长期保存方法常被忽略。微流控系统操作前，液体的处理多需要耗时的人工进样或体积大且不可移动的进样装置。除试剂进样外，可靠的试剂预封装开启机制也很重要。当前，预封装试剂的开启多通过微阀开启实现，这不能满足实际情况对芯片稳定性和抗振性的要求。理想情况下，试剂预封装的开启应该不需要除芯片内液体流动动力之外的驱动装置，并且预封装方法应该能够在批量化生产线上实现。

发明内容

本发明的目的是提出一种离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法，以实现微流控芯片上试剂的预封装和长期保存，避免芯片使用前耗时的人工进样或对大型进样装置的需求，并保证实际情况对芯片稳定性和抗振性的要求。

离心式微流控芯片的试剂预封装结构，由六个PMMA圆片依次通过压敏胶粘贴构成，并在各圆片内通过激光加工获得通孔结构；所述试剂预封装结构包括试剂预封装腔、通气孔、进液孔、出液孔）和封装条；所述试剂预封装腔由第四PMMA圆片上的通孔形成，通过第三PMMA圆片、第四PMMA圆片和第五PMMA圆片的粘贴，形成试剂预封装腔的顶面具有出液孔、底面具有进液孔和通气孔的腔室；试剂预封装腔的出液孔由封装条的回折端通过第三PMMA圆片上的压敏胶粘贴封闭；将第一PMMA圆片至第五PMMA圆片粘贴而成的芯片倒置，使试剂预封装腔的进液孔向上，再通过进液孔注入适量试剂，然后将第六PMMA圆片粘贴于第五PMMA圆片上，封闭第五PMMA圆片上的进液孔和通气孔，获得离心式微流控芯片上的试剂预封装结构。

离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、通过激光雕刻机加工PMMA板材，获得第一PMMA圆片，并在第一PMMA圆片上加工微流控芯片的通气孔、定位孔和安装孔；

步骤二、通过激光雕刻机加工一面带有压敏胶的PMMA板材，获得第二PMMA圆片、第三PMMA圆片、第四PMMA圆片、第五PMMA圆片和第六PMMA圆片；在所述第二PMMA圆片上加工微流控结构以及与第一PMMA圆片对应的定位孔；在第三PMMA圆片上加工用于形成试剂预封装腔的出液孔以及与第一PMMA圆片上对应的定位孔和安装孔，在第四PMMA圆片上加工试剂预封装腔、安装孔和定位孔；在第五PMMA圆片上加工试剂预封装腔的通气孔、进液孔以及与第四PMMA圆片对应的安装孔和定位孔；在第六PMMA圆片上加工与第三PMMA圆片对应的安装孔和定位孔；

步骤三、将封装条两端回折，并使封装条的两回折端将第三PMMA圆片上的出液孔封闭；

步骤四、通过定位孔定位，将第一PMMA圆片与第二PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴；第二PMMA圆片与第三PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴；

步骤五、通过第四PMMA圆片与第三PMMA圆片上的安装孔进行定位，将第三PMMA圆片与第四PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴；通过第四PMMA圆片与第五PMMA圆片的安装孔及定位孔定位，将第四PMMA圆片与第五PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴；

步骤六、通过进液孔注入试剂，将第五PMMA圆片与第六PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴，最终完成微流控芯片上的试剂预封装。

离心式微流控芯片的试剂预封装结构的应用方法，由以下步骤实现：

步骤A、将微流控芯片安装在离心机轴上，所述离心机轴穿过微流控芯片上的安装孔，离心机轴对封装条施力，封装条的回折端受拉，打开第三PMMA圆片上的出液孔；

步骤B、以3000转/分的转速启动离心机，通过离心力使试剂预封装腔内的试剂由出液孔流出后，流入第一PMMA圆片、第二PMMA圆片和第三PMMA圆片粘贴形成的微流控结构内，最终实现相应的微流控功能。

本发明的有益效果：一、本发明提出的硬质聚合物离心式微流控芯片的试剂预封装结构，是通过压敏胶粘接激光加工所得微流控结构和封装条，而形成封闭的预封装腔来实现的；预封装的开启是通过离心机上芯片的安装过程中轴对封装条的作用，和离心机提供的离心力对预封装腔内试剂的作用来实现的。该试剂预封装结构的制作的实现过程需要的装置为激光雕刻机；需要的材料有双面光滑的PMMA板材、封装条（附有PET薄膜的牛皮纸条）以及压敏胶。二、为实现满足要求的试剂预封装，本发明提供的适用于硬质聚合物离心式微流控芯片，加工采用激光加工工艺，材料为PMMA，试剂预封装通过压敏胶与PMMA粘接形成的封闭腔体实现，预封装的开启通过离心机上芯片的安装和离心机提供的离心力实现，从而有效地满足了试剂的预封装和长期保存需求，避免了芯片使用前耗时的人工进样或对大型进样装置的需求，并保证了实际情况对芯片稳定性和抗振性的要求。本发明具有工艺简单，可靠性高，易于实现，适应批量化生产线的优点。

附图说明

图1为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中第一PMMA圆片的示意图；

图2为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中第二PMMA圆片的示意图；

图3为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中第三PMMA圆片的示意图；

图4为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中第四PMMA圆片的示意图；

图5为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中第五PMMA圆片的示意图；

图6为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中第六PMMA圆片的示意图；

图7为本发明所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法及应用方法中两端回折的封装条的示意图；

图8为将第一PMMA圆片至第六PMMA圆片依次粘贴形成具有试剂预封装腔的微流控芯片的示意图；

图9为通过离心机轴对封装条的作用开启预封装的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图8说明本实施方式，离心式微流控芯片的试剂预封装结构，由第一PMMA圆片A至第六PMMA圆片F及各圆片内通过激光加工所得的结构，通过压敏胶粘贴构成。所述的试剂预封装结构包括试剂预封装腔5、通气孔3、进液孔6、出液孔4、封装条G，其中试剂预封装腔5由第四PMMA圆片D上的通孔形成，通过第三PMMA圆片C、第四PMMA圆片D和第五PMMA圆片E的粘贴，形成试剂预封装腔5的顶面具有出液孔4、底面具有进液孔6和通气孔3的腔室；试剂预封装腔5的出液孔4由封装条G的回折端J通过第三PMMA圆片C上的压敏胶粘贴而封闭；将第一PMMA圆片A至第五PMMA圆片E粘贴而成的芯片倒置，使得试剂预封装腔5的进液孔6向上，再通过进液孔6注入适量试剂，然后将第六PMMA圆片F粘贴于第五PMMA圆片E上，从而封闭第五PMMA圆片E上的进液孔6和通气孔3，从而实现硬质聚合物离心式微流控芯片的试剂预封装。所述试剂预封装的开启通过离心机轴对芯片安装孔处封装条的作用来打开圆片3上的出液孔4，然后旋转芯片，进而由离心力作用于被封装液体来实现。

本实施方式所述的第一PMMA圆片A、第三PMMA圆片C、第五PMMA圆片E、第六PMMA圆片F的厚度为0.8mm，第二PMMA圆片B、第四PMMA圆片D的厚度为1mm，第一PMMA圆片A、第二PMMA圆片B和第三PMMA圆片C圆片的直径为11cm，第四PMMA圆片D、第五PMMA圆片E、第六PMMA圆片F的直径为4cm，各圆片上通孔的尺寸分别为：通气孔直径1mm、进液孔6直径2mm、出液孔4直径2mm、试剂预封装腔5直径1cm、定位孔直径2mm、第一PMMA圆片A上的安装孔直径8mm、其余圆片上的安装孔直径6mm。所采用压敏胶厚度为250μm。

具体实施方式二、结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法；其具体过程为：

一、通过激光雕刻机加工PMMA板材（厚度0.8mm），得到直径11cm的第一PMMA圆片A，其上带有若干个通过切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成微流控芯片的通气孔（直径1mm）、定位孔（直径2mm）和安装孔（直径8mm）；

二、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶（厚度250um）的PMMA板材（厚度1mm），得到直径11cm的第二PMMA圆片B，其上带有通过切穿板材得到的微流控结构；

三、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶的PMMA板材，得到PMMA圆片C，结合图3，其上带有通过切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成试剂预封装腔5的出液孔4、定位孔1和微流控芯片的安装孔2；

四、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶的PMMA板材，得到直径4cm的PMMA圆片D，结合图4，其上带有通过切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成试剂预封装腔5、微流控芯片的安装孔2和定位孔1；

五、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶的PMMA板材，得到直径4cm的PMMA圆片E，结合图5，其上带有通过切穿板材得到的通孔，所得通孔用于形成试剂预封装腔5的通气孔3、进液孔6和微流控芯片的安装孔2；

六、通过激光雕刻机加工一面附有压敏胶的PMMA板材，得到直径4cm的PMMA圆片F，结合图6，其上带有直径分别为2mm和6mm的通孔，所得通孔用于形成定位孔2和微流控芯片的安装孔1；

七、将封装条G两端回折，结合图7，然后将回折的两端粘贴于第三PMMA圆片上附有压敏胶的一面，使得封装条的两回折端J将圆片3上的出液孔4封闭；

八、通过定位孔定位，将第一PMMA圆片A与圆片2带有压敏胶的一面粘贴；

九、通过定位孔定位，将第二PMMA圆片B与第三PMMA圆片C带有压敏胶的一面粘贴；

十、通过第四PMMA圆片D上的试剂预封装腔5和安装孔2定位，将第三PMMA圆片C与第四PMMA圆片D带有压敏胶的一面粘贴；

十一、通过定位孔定位，将第四PMMA圆片D与第五PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴；

十二、通过第五PMMA圆片上的进液孔6注入适量试剂，然后通过定位孔定位，将第五PMMA圆片与第六PMMA圆片带有压敏胶的一面粘贴，从而完成微流控芯片上的试剂预封装，结合图8。

具体实施方式三、结合图9说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的离心式微流控芯片的试剂预封装的应用方法，包括以下步骤：

A、将带有预封装试剂的微流控芯片安装于为芯片提供离心力的离心机轴上。安装通过轴穿过芯片上的安装孔来实现；穿过过程中，轴对封装条施力，使得封装条的回折端受拉，进而打开圆片3上的出液孔4；

B、启动离心机，旋转安装于离心机轴I上的微流控芯片H，从而通过离心力使得预封装腔5内的试剂由出液孔4流出，进而流入第一PMMA圆片A、第二PMMA圆片B和第三PMMA圆片C粘贴形成的微流控结构K中，以完成相应的微流控功能。

Claims (7)

1.离心式微流控芯片的试剂预封装结构，由六个PMMA圆片依次通过压敏胶粘贴构成，并在各圆片内通过激光加工获得通孔结构；其特征是，所述试剂预封装结构包括试剂预封装腔（5）、通气孔（3）、进液孔（6）、出液孔（4）和封装条（G）；所述试剂预封装腔（5）由第四PMMA圆片（D）上的通孔形成，通过第三PMMA圆片（C）、第四PMMA圆片（D）和第五PMMA圆片（E）的粘贴，形成试剂预封装腔（5）的顶面具有出液孔（4）、底面具有进液孔（6）和通气孔（3）的腔室；试剂预封装腔（5）的出液孔（4）由封装条（G）的回折端（J）通过第三PMMA圆片（C）上的压敏胶粘贴封闭；将第一PMMA圆片（A）至第五PMMA圆片（E）粘贴而成的芯片倒置，使试剂预封装腔（5）的进液孔（6）向上，再通过进液孔（6）注入适量试剂，然后将第六PMMA圆片（F）粘贴于第五PMMA圆片（E）上，封闭第五PMMA圆片（E）上的进液孔（6）和通气孔（3），获得离心式微流控芯片（H）上的试剂预封装结构。

2.制作权利要求1所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、通过激光雕刻机加工PMMA板材，获得第一PMMA圆片（A），并在第一PMMA圆片（A）上加工微流控芯片的通气孔（3）、定位孔（1）和安装孔（2）；

步骤二、通过激光雕刻机加工一面带有压敏胶的PMMA板材，获得第二PMMA圆片（B）、第三PMMA圆片（C）、第四PMMA圆片（D）、第五PMMA圆片（E）和第六PMMA圆片（F）；在所述第二PMMA圆片（B）上加工微流控结构（K）以及与第一PMMA圆片（A）对应的定位孔（1）；在第三PMMA圆片（C）上加工用于形成试剂预封装腔的出液孔（4）以及与第一PMMA圆片（A）上对应的定位孔（1）和安装孔（2），在第四PMMA圆片（D）上加工试剂预封装腔（5）、安装孔（2）和定位孔（1）；在第五PMMA圆片（E）上加工试剂预封装腔（5）的通气孔（3）、进液孔（6）以及与第四PMMA圆片（D）对应的安装孔（2）和定位孔（1）；在第六PMMA圆片（F）上加工与第三PMMA圆片（C）对应的安装孔（2）和定位孔（1）；

步骤三、将封装条（G）两端回折，并使封装条（G）的两回折端（J）将第三PMMA圆片（C）上的出液孔（4）封闭；

步骤四、通过定位孔（1）定位，将第一PMMA圆片（A）与第二PMMA圆片（B）带有压敏胶的一面粘贴；第二PMMA圆片（B）与第三PMMA圆片（C）带有压敏胶的一面粘贴；

步骤五、通过第四PMMA圆片（D）与第三PMMA圆片（C）上的安装孔（2）进行定位，将第三PMMA圆片（C）与第四PMMA圆片（D）带有压敏胶的一面粘贴；通过第四PMMA圆片（D）与第五PMMA圆片（E）的安装孔（2）及定位孔（1）定位，将第四PMMA圆片（D）与第五PMMA圆片（E）带有压敏胶的一面粘贴；

步骤六、通过进液孔（6）注入试剂，将第五PMMA圆片（E）与第六PMMA圆片（F）带有压敏胶的一面粘贴，最终完成微流控芯片上的试剂预封装。

3.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法，其特征在于，所述的第一PMMA圆片（A）、第三PMMA圆片（C）、第五PMMA圆片（E）和第六PMMA圆片（F）的厚度为0.8mm；第二PMMA圆片（B）和第四PMMA圆片（D）的厚度为1mm。

4.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法，其特征在于，所述的第一PMMA圆片（A）、第二PMMA圆片（B）和第三PMMA圆片（C）的直径为11cm；第四PMMA圆片（D）、第五PMMA圆片（E）和第六PMMA圆片（F）的直径为4cm。

5.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法，其特征在于，所述通气孔（3）的直径为1mm，进液孔（6）的直径为2mm，试剂预封装腔（5）的直径为1cm，定位孔（1）的直径为2mm，第一PMMA圆片（A）上的安装孔（2）的直径为8mm，第二PMMA圆片（B）、第三PMMA圆片（C）、第四PMMA圆片（D）、第五PMMA圆片（E）和第六PMMA圆片（F）上的安装孔（2）的直径为6mm。

6.根据权利要求2所述的离心式微流控芯片的试剂预封装结构的制作方法，其特征在于，所述压敏胶的厚度为250μm。

7.离心式微流控芯片的试剂预封装结构的应用方法，其特征在于，由以下步骤实现：

步骤A、将微流控芯片（H）安装在离心机轴（I）上，所述离心机轴（I）穿过微流控芯片（H）上的安装孔（2），离心机轴（I）对封装条（G）施力，封装条（G）的回折端（J）受拉，打开第三PMMA圆片（C）上的出液孔（4）；

步骤B、以3000转/分的转速启动离心机，通过离心力使试剂预封装腔（5）内的试剂由出液孔（4）流出后，流入第一PMMA圆片（A）、第二PMMA圆片（B）和第三PMMA圆片（C）粘贴形成的微流控结构（K）内，最终实现相应的微流控功能。

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