CN103604797A

CN103604797A - 一种具有表面增强拉曼活性的微流控芯片及其制备方法

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Publication number: CN103604797A
Application number: CN201310633377.6A
Authority: CN
Inventors: 张炜; 张华�; 陈昭明; 杜春雷; 谢婉谊; 黄昱; 何石轩; 吴鹏; 方绍熙; 汤冬云
Original assignee: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Current assignee: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of CAS
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明公开了一种具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上设有至少一条微流道以及与微流道相通的进液孔和出液孔，所述微流道内设有微结构阵列，所述微结构阵列表面镀有两层金属膜。本实施例制备上述微流控芯片的方法，首先，加工具有微结构阵列的微流控芯片硬质模板，并复制得到微流控芯片；然后在微流控芯片微结构阵列表面镀金属膜；最后在镀膜后的微流控芯片上加工与微流道相连通的进液孔和出液孔即得产品。本发明表面增强拉曼微流控芯片具有双金属多级结构，有显著的拉曼散射增强能力；本发明的制备工艺简单，适用于规模化生产。

Description

一种具有表面增强拉曼活性的微流控芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片制备技术，特别涉及一种具有表面增强拉曼活性的微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片技术是将化学、生物、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析过程，具有分析效率高、试剂和样品消耗少、检测时间短、易集成等特点，可以提供一种更加快捷、准确的“绿色”分析手段，在生物医药、食品安全、环境监测等诸多领域具有广阔的应用前景。目前，微流控芯片中应用较多的检测方法主要有荧光检测法、化学发光法、紫外吸光光度法、电化学检测法和质谱检测法。其中应用最为广泛的是荧光检测法，它的灵敏度虽然很高，但检测系统较复杂、成本较高、不易微型化，且很多物质本身不具有荧光性，需要进行荧光修饰而限制了其应用范围。因此，亟需提供一种免标记的、无损的、高信息量（指纹光谱）的检测方法。

拉曼光谱能够提供分子指纹信息，且其信号不会被水干扰，可以对样品进行快速定性、无损分析，在微流控分析检测技术中极具潜力。但是，样品的固有拉曼信号都很弱，应用时需通过一些方法对其进行增强。表面增强拉曼散射（SERS）是常用的一种增强方法，采用Au、Ag等金属纳米材料制备活性基底，可使检测灵敏度提高10³～10⁷倍。

研究表明，双金属复合材料具有较强的光学吸收与较适合的共振吸收波长，是一种十分理想的SERS基底材料。但是，目前双金属结构主要用化学合成法制备，其缺点是均匀金属纳米粒子的制备和保存都较困难，所以应用受到限制。本发明制备了一种具有双金属多级结构SERS活性的微流控芯片，该芯片具有很高的检测灵敏度和良好的重复性，且制备方法简单、成本低、可大面积制备，将推动微流控芯片在各领域的广泛应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高灵敏度的具有表面增强拉曼活性的微流控芯片。

为达到上述目的，本发明的具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上设有至少一条微流道以及与微流道相通的进液孔和出液孔，所述微流道的内壁设有微结构阵列，所述微结构阵列表面镀有第一层金属膜和第二层金属膜。

进一步，所述微结构阵列设置在微流道的内底壁。

进一步，所述微流道的宽度为10～500μm，深度为10～500μm，所述微结构阵列的微结构呈柱形、三角形、金字塔形、倒金字塔形、锥形或球形，所述微结构尺寸为0.5～100μm，阵列周期为0.5～100μm。

进一步，所述金属膜为Au、Ag、Cu或Pt膜。

进一步，所述芯片基底材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC软玻璃或热塑性聚烯烃树脂。

进一步，所述第一层金属膜厚度为100～500nm，所述第二层金属膜的厚度为5～100nm。

本发明还提供一种制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片的方法，包括以下步骤：

1）加工硬质模板：在硬质模板上加工微流道，在微流道中加工微结构阵列，获得微流控芯片硬质模板；

2）制备微流控芯片：向微流控芯片硬质模板上浇注芯片材料，脱模即得与硬质模板互补的具有微结构阵列的微流控芯片；

3）镀金属膜：在微流控芯片微结构阵列表面镀金属膜；

4）打孔：在镀膜后的微流控芯片上加工与微流道相连通的进液孔和出液孔即得产品。

进一步，步骤1）的硬质模板为硅片、石英、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，加工方法为光刻、激光加工或等离子体刻蚀加工。

进一步，所述步骤2）浇注的芯片材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC软玻璃或热塑性聚烯烃树脂。

进一步，所述步骤3）镀金属膜时分两步进行，首先在微流控芯片微结构阵列表面镀上100～500nm的第一层金属膜，然后在上面镀上5～100nm的第二层金属膜。

本发明的有益效果在于：本发明表面增强拉曼活性的微流控芯片具有双金属多级结构，有显著的拉曼散射增强能力；本发明的制备方法工艺相对简单，重复性高，适用于规模化生产。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明设计的微流控芯片结构示意图；

图2为图1中微流道的局部放大图；

图3为镀有双层金属膜的柱形微结构阵列剖面图；

图中：1.第一进液孔；2.第二进液孔；3.出液孔；4.微流道；5.芯片基底；6.第一层金属膜；7.第二层金属膜；8.微结构。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1：

如图1和2所示，本实施例具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底5，所述芯片基底5上设有至少一条微流道4以及与微流道4相通的进液孔1、2和出液孔3，所述微流道4的内壁设有微结构阵列，所述微结构阵列表面镀有第一层金属膜6和第二层金属膜7。

作为本实施例的改进，所述微结构阵列设置在微流道4的内底壁。

作为本实施例的改进，所述微流道4的宽度为10～500μm，深度为10～500μm，所述微结构阵列的微结构8呈柱形、三角形、金字塔形、倒金字塔形、锥形或球形，所述微结构8尺寸为0.5～100μm，阵列周期为0.5～100μm。

作为本实施例的进一步改进，所述金属膜为Au、Ag、Cu或Pt膜。

作为本实施例的进一步改进，所述芯片基底5材质为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、PVC软玻璃或热塑性聚烯烃树脂（Zeonor）。

作为本实施例的另一种改进，所述第一层金属膜6厚度为100～500nm，所述第二层金属膜7的厚度为5～100nm。

本实施例制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片的方法，包括以下步骤：

1）加工微流控芯片硅基硬质模板：

（1）选取硬质模板：本实施例选取晶向为110，电阻率为1～10Ω·cm，厚度为775±20μm的单晶硅作为硬质模板材料。

（2）清洗硬质模板：首先将硅片放在Decon90清洗液中超声清洗20min，然后用大量去离子水冲洗，并用氮气吹干；再将硅片放在体积比为1:3的双氧水和浓硫酸混合液中煮沸，取出后用大量去离子水冲洗，使其表面洁净。

（3）加工微流道：利用光刻技术，在清洗干净的硅片上加工微流道，并在微流道上加工柱形微结构阵列，所述微流道的宽度为100μm，高度为80μm。所述柱形微结构阵列的柱高为2μm，直径为1.5μm，阵列周期为2μm，最终得到与图1所示微流控芯片互补的微流控芯片硅基硬质模板。

2）制备微流控芯片：本实施例中所选芯片材料为PDMS，本实施例制备微流控芯片方法如下：

首先按照质量比10:1称取PDMS（Sylgard184）和固化剂于烧杯中，搅拌混合均匀。

将步骤1）所制得的硅基硬质模板放入玻璃培养皿中，然后将混合均匀的PDMS注入并完全覆盖在硅基硬质模板上面，其厚度约为3mm。

接着将注有PDMS的玻璃培养皿放入真空干燥器中，用真空泵抽真空，除去PDMS中的气泡，然后将其放入烘箱中，50℃恒温固化过夜后脱模即得到如图1和3所示具有微结构阵列的微流控芯片；即表面具有三条宽度为100μm，深度为80μm的微流道，微流道内部底面具有柱高为2μm，直径为1.5μm，阵列周期为2μm的柱形微结构阵列。

3）镀金属膜：采用真空蒸镀法，在微流控芯片微结构阵列表面镀上第一层200nmAu膜，然后在Au膜表面镀上第二层10nm的Ag膜。

作为本实施例制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片方法的改进，步骤1）的硬质模板为还可以采用石英、玻璃或PMMA。

作为本实施例制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片方法的改进，步骤2）浇注的芯片材料还可以是PMMA、PVC软玻璃或Zeonor。

作为本实施例制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片方法的改进，步骤2）微结构阵列的微结构还可以是三角形、金字塔形、倒金字塔形、锥形或球形，所述微结构8尺寸为0.5～100μm，阵列周期为0.5～100μm。

作为本实施例制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片方法的改进，所述步骤3）镀金属膜时分两步进行，首先在微流控芯片微结构阵列表面镀上100～500nm的第一层金属膜6，然后在第一层金属膜上镀上5～100nm的第二层金属膜7。

将上述方法制备的具有表面增强拉曼活性的微流控芯片与石英盖片对准贴合在一起即得到PDMS微流控芯片系统。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，包括芯片基底（5），所述芯片基底（5）上设有至少一条微流道（4）以及与微流道（4）相通的进液孔（1）、（2）和出液孔（3），其特征在于：所述微流道（4）的内壁设有微结构阵列，所述微结构阵列表面镀有第一层金属膜（6）和第二层金属膜（7）。

2.根据权利要求1所述具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，其特征在于：所述微结构阵列设置在微流道（4）的内底壁。

3.根据权利要求1所述具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，其特征在于：所述微流道的宽度为10～500μm，深度为10～500μm，所述微结构阵列的微结构（8）呈柱形、三角形、金字塔形、倒金字塔形、锥形或球形，所述微结构（8）尺寸为0.5～100μm，阵列周期为0.5～100μm。

4.根据权利要求1所述具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，其特征在于：所述金属膜为Au、Ag、Cu或Pt膜。

5.根据权利要求1所述具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，其特征在于：所述芯片基底（5）材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC软玻璃或热塑性聚烯烃树脂。

6.根据权利要求1-5任意一项所述具有表面增强拉曼活性的微流控芯片，其特征在于：所述第一层金属膜（6）厚度为100～500nm，所述第二层金属膜（7）的厚度为5～100nm。

7.一种制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3）镀金属膜：在微流控芯片微结构阵列表面镀金属膜；

8.根据权利要求7所述制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于：步骤1）的硬质模板为硅片、石英、玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯，加工方法为光刻、激光加工或等离子体刻蚀加工。

9.根据权利要求7所述制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于：所述步骤2）浇注的芯片材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、PVC软玻璃或热塑性聚烯烃树脂。

10.根据权利要求7所述制备具有表面增强拉曼活性的微流控芯片的方法，其特征在于：所述步骤3）镀金属膜时分两步进行，首先在微流控芯片微结构阵列表面镀上100～500nm的一层金属膜（6），然后在第一层金属膜上镀上5～100nm的第二层金属膜（7）。