CN103869087A - 一种三维纸质微流控芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三维纸质微流控芯片及其制作方法，该三维纸质微流控芯片由二维纸质微流控芯片叠合装订而成；其制作方法是用绘图软件设计所需要的芯片图案，然后用打印机将蜡打印到纸材料表面，将打印好的纸材料放入高温容器中烘烤，然后取出冷却，得到二维纸质微流控芯片，然后将二维纸质微流控芯片按照设计好的方式叠合，再用装订设备将叠合好的二维纸质微流控芯片装订在一起，即得到三维纸质微流控芯片。本发明制作方法操作简单，成本低，快速，具有商业化前景。
Description
技术领域
本发明涉及生化分析产品开发，特别提供了一种三维纸质微流控芯片及其制作方法。
背景技术
纸质微流控芯片（Paper-based Microfluidics），简称纸芯片，是以纸材料（如滤纸、色谱纸、硝酸纤维素膜等）作为芯片的制作平台与生化分析平台的一种微流控芯片。在纸芯片系统内疏水材料把亲水性的纸材料分割成亲水/疏水相间的区域，形成纸通道，并集成了进样、分离、反应、检测等基本操作单元，以可控流体贯穿整个系统，实现常规实验室的分析功能。2007年初，哈佛大学的Whitesides小组首次制作出纸芯片并提出此概念，并在制成的芯片上完成了BSA和葡萄糖的同时检测（Martinez,A.W.;Phillips,S.T.;Butte,M.J.;Whitesides,G.M..Angew Chem Int Ed Engl,2007,46(8),1318-20.）。纸芯片具有诸多显著的优点，如制作简便、成本低廉，体积小、重量轻、便于储存和运输，生物相容性好、样品/试剂消耗少、分析速度快，自身多孔结构可实现样品运输、无需外界驱动力等，可用于医疗诊断、环境监测和食品安全检测等诸多领域。
三维纸质微流控芯片（Three-demensional paper-based microfluidics），简称三维纸芯片，由二维纸芯片在z轴方向上通过叠加的方式而制成。到目前为止，文献报道三维纸芯片的制作方法有三种，分别是双面胶粘贴法（A.W. Martinez,S.T.Phillips and G.M.Whitesides,Proceedings of the NationalAcademy of Sciences of the United States of America,2008,105,19606-19611.)、喷胶粘贴法（G.G.Lewis,M.J.DiTucci,M.S.Baker and S.T.Phillips,Lab ona chip,2012,12,2630-2633.)、折叠压紧法（H.Liu andR.M.Crooks,Journalof the American Chemical Society,2011,133,17564-17566.）。双面胶粘帖法，步骤繁琐，需要对齐步骤，还要在双面胶上挖孔并填上亲水性材料以保持相邻两层芯片的连通性，整个过程耗时较长。喷胶粘贴法，是一种可实现高效制作三维纸质微流控芯片的方法。该法首先将胶以喷雾的形式涂在纸的一面，再把两张纸对齐粘合在一起，以此将二维纸芯片堆叠制成三维纸芯片。但是，上述两种方法中使用的双面胶或者喷胶，一方面会降低纸芯片中亲水性通道中流体的流速，使流体贯穿整个三维纸芯片所花的时间增加，这个对于需要快速得到检测结果的现场及时检测是极为不利的；另一方面，双面胶或者喷胶会被有机溶剂如甲醇，乙醇，乙酸乙酯等溶解，如果芯片的前处理试剂或者检测试剂中含有有机溶剂，则会溶解各层芯片之间的胶粘剂，这将损坏纸芯片而导致分析过程不能进行。另外，在芯片通道中流通的检测试剂或者前处理试剂直接和胶粘剂接触，也有可能造成污染而使检测结果不准确。折叠压紧法，把整个芯片制作在一张纸上，再通过折叠和压紧两步完成，过程简单，无需对齐，但是最后制成的三维纸芯片需要用一个辅助的夹子夹紧，使各层纸芯片之间保持接触联通，这种辅助的夹子一般由金属或者其他刚性较强的塑料制成，制作过程比较麻烦，成本较高，还应根据芯片的不同设计结构而有所不同。
本发明采用装订法来制作三维纸质微流控芯片，这种方法极大地降低了制作成本，简化了操作步骤，加快了制作速度。由该法制成的三维纸质微流控芯片，能大大提高分析检测的速度，耐有机有机，扩大了芯片的使用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维纸质微流控纸芯片及其制作方法。
本发明提供了一种三维纸质微流控芯片，所述三维纸质微流控芯片由两层或者三层以上的二维纸芯片叠合装订而成。其制作方法如下：第一，制作二维纸芯片。第二，将二维纸芯片叠合装订在一起。
本发明提供了一种三维纸质微流控芯片的制作方法，其步骤如下：
（1）制作二维纸芯片：
（a）用电脑设计所需要的芯片图案，然后用打印机将蜡打印到纸材料表面。
（b）将打印好的纸材料放入高温容器（如烘箱、热板等）中烘烤，烘烤温度为80摄氏度至200摄氏度之间，烘烤时间为1分钟至15分钟之间，使蜡融化并渗透过滤纸，形成亲水/疏水相间的区域，然后取出冷却，即得到二维纸芯片。
（2）将二维纸芯片装订叠加在一起：将上述二维纸芯片按照设计好的折叠线折叠起来，并用装订设备，将订书针或者装订线订入芯片内，将各层二维纸芯片订在一起。就得到三维纸芯片。
本发明提供的三维纸芯片的制作方法，所述装订设备采用商业化的装订机、缝纫机和订书机，操作灵活、简便、快速。
本发明提供的三维纸芯片的制作方法，所述针线为为装订用针和装订用线。
本发明的创造性在于：
（1）使用装订法来制作三维纸芯片，采用的装订设备为商业化产品，容易获取，操作简便，制作速度快。
（2）三维纸芯片装订使用的装订针和/或线，成本低，耐有机溶剂腐蚀，不会降低流体在芯片通道中的流速，也不会污染检测试剂和影响检测结果，制成的三维纸芯片应用范围广。
本发明具有成本低，制作速度快，制作过程简单易操作等优点。
附图说明
图1装订法制作三维纸质微流控芯片的流程图，其中：1为打印步骤，2为烘烤步骤，3为装订步骤，4为纸材料，5为蜡，6纸通道，7为装订针线。
图2双面胶粘贴法制作的三维纸质微流控芯片与装订法制作的三维纸质微流控芯片之间的流通时间比较图。
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：使用装订法制作三维纸芯片
用绘图软件在电脑上设计好所需要的芯片设计图案，然后用喷蜡打印机在滤纸上打印芯片设计图案，再将表面打印有蜡的滤纸放入150度的烘箱中烘烤3分钟（此过程中蜡将熔化并透过滤纸），形成亲水/疏水相间的区域，然后取出冷却，即得到二维纸质微流控芯片。将六层二维纸质微流控芯片叠合，之后用订书机将订书针订入芯片设计好的装订位置，即得到三维纸芯片。具体流程图如图1所示（主要包括三个主要步骤：1）喷蜡打印；2）切割和烘烤；3）叠合和装订。）
这种制作方法简单、快速、成本低，非常适合大规模三维纸芯片的制作，具有商业前景。
Claims (8)
1.一种三维纸质微流控芯片，其特征在于：两层或者三层以上的二维纸质微流控芯片通过针和/或线叠合固定，相邻两层二维纸质微流控芯片间紧密贴合，构成两层以上的层状三维纸质微流控芯片。
2.按照权利要求1所述的三维纸质微流控芯片，其特征在于：所述的针为装订用针，所述的线为装订用线。
3.按照权利要求1所述的三维纸质微流控芯片，其特征在于：所述的装订用针为金属订书针，所述的装订用线为疏水的线。
4.按照权利要求1所述的三维纸质微流控芯片，其特征在于：所述的装订用线为蜡线。
5.一种权利要求1所述的三维纸质微流控芯片的制作方法，其特征在于：将两层或者三层以上的二维纸质微流控芯片叠放在一起，通过针和/或线将两层或者三层以上的二维纸质微流控芯片固定在一起，使相邻两层二维纸质微流控芯片间紧密贴合，形成两层以上的层状三维纸质微流控芯片。
6.按照权利要求5所述的制作方法，其特征在于：通过针和/或线将两层或者三层以上的二维纸质微流控芯片固定在一起的过程是采用装订设备通过针或线装订而成。
7.按照权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述的装订设备为订书机、缝纫机和装订机中的一种。
8.按照权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述的针为装订用针，所述的线为装订用线，所述的装订用针为金属订书针，所述的装订用线为疏水的线。
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