CN104549590B - 一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺 - Google Patents

一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺 Download PDF

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Abstract

一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺，该工艺用以降低金属微流控芯片中微通道的工作压力、内壁的粗糙度，增加其亲水性。首先装配好双层金属微流控芯片，其同层的金属毛细管之间用透明石英玻璃直管连接，芯片两端用透明石英玻璃弯管连接；装配好芯片后用精密注射器将紫外固化胶NOA68注入金属毛细管内，并使之注满芯片内的微通道；接着用毛细微泵将微通道内多余的化学胶吹出，剩余部分粘在内壁上，再用匀速气体进气；用紫外光照射微通道内壁上的紫外固化胶进行预固化；最后再经过长时间紫外光照射使完全固化。

Description

一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺
技术领域
本发明涉及一种改善金属微流控芯片中微通道内壁特性的工艺，属于微流控技术领域。
背景技术
微流控技术(Microfluidics)从提出到今天为止，以极大的速度发展成为当今世界最前沿科技研究领域之一，是目前研究活跃的交叉学科领域。其主要应用于生物医学、化学等方面，涉及到生物、医学、化学、光学、电子、材料等学科。它的实质是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到方寸大小的芯片上，将生物和化学分析中的多种操作集成在尺寸非常小的芯片上，使生化反应和分析中的试样引入、混合、分离等功能集成化。集成的体积很小的芯片称为微流控芯片，微流控芯片的集成化、微型化有多优点，比如可使试剂消耗量大大减少，这一点尤其对珍贵稀少的试剂有重要意义；使芯片内试剂的反应速度成倍提高；大幅降低了实验成本；具有良好的便携性等。
微流控芯片的微型化结构和集成系统的高比表面积使表面化学在微流控分析中占重要地位。研究表明，微通道的内壁形状和尺寸、表面粗糙度和亲水性等物理量，会影响影响微通道内微流体的流体力学性能。因此使用改性技术使微通道的内壁面的粗糙度和亲水性等物理量改善，可在小工作压力条件下而获得高流速，对“功能集成与结构缩微”具有关键技术基础性的科学意义和实用价值，因此保持微通道内表面的物理化学性质平衡、稳定的微通道表面改性技术成为微流控分析领域的研究热点之一。
微通道的表面改性分为动态涂层(物理吸附涂层)和永久表面改性。动态涂层是最简单的表面改性技术，可把聚合物或表面活性剂添加到电泳缓冲溶液中，或在分析前用改性化合物淋洗微通道进行动态涂层处理。由于基于硅烷化的表面化学通常不适用于常见的材料，并且改性步骤复杂，因此相比之下动态涂层表面改性方法更适用于大多数微流控芯片。永久表面改性技术与动态涂层方法相比操作复杂，但涂层性质均一稳定，可减少反应试剂和微通道内壁的相互作用，提高微通道内表面的亲水性，改善表面的粗糙度，提高PCR的反应效率，是减少反应试剂与微通道内壁相互作用最有效的改性方法。
本发明提出一种针对金属微流控芯片微通道内壁改性的工艺，属于永久表面改性技术。经过实际改性试验，经测量毛细管内壁粗糙度从Ra＝0.921um改善到Ra＝0.254um，亲水性也增大了(接触角从95度改善到56度)。在实际生物PCR比对实验中，改性前后的微流控芯片内部系统工作压力比大约为：2.11/1，PCR扩增效率得到提高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种针对双层金属微流控芯片中改善其微通道内壁特性的工艺，用于降低金属微流控芯片中微通道的工作压力、内壁的粗糙度，增加其亲水性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
首先装配好双层金属微流控芯片，其同层的金属毛细管之间用石英玻璃直管连接，芯片两端用石英玻璃弯管连接上下两层。
装配好芯片后用精密注射器将紫外固化胶NOA68注入金属毛细管内，并使之注满芯片内的微通道；接着用毛细微泵将微通道内多余的化学胶吹出，剩余部分粘在微通道内壁上，再以匀速气体进气，使内壁上的固化胶均匀分布；用紫外光照射微通道内壁上的紫外固化胶进行预固化；最后再经过长时间紫外光照射使之完全固化。
所述的紫外固化胶NOA68是一种针对多种塑料的改进型粘合剂，可以用于多种塑料表面，如聚碳酸酯、丙稀酸、醋酸-丁酸纤维素等。除了塑料之外，NOA68胶在粘合玻璃和金属时也有很好的粘合力，并且可以用来将塑料、玻璃、金属三种材料粘合在一起，老化之后，可承受-150℃～+125℃的温度范围。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、现有永久表面改性技术是利用化学反应或沉淀技术，将一些特殊材料附着在内壁上形成涂层，其技术不仅操作复杂且涂层材料容易水解或与毛细管内试剂发生反应，涂层稳定性难以保持。本发明则通过简单易操作的物理手段在毛细管内壁形成生物兼容性比较好的薄膜，改善内壁特性。
2、采用的NOA68紫外光固化胶有非常好的粘接性及抗溶剂性，经过老化，其可与金属壁之间形成化学键，形成最佳粘结，形成的改性涂层不会脱落。
3、承受温度范围广，改性涂层完全老化后，可经受-150℃～+125℃的温度变化。
4、NOA68胶具有很好的物理特性，其抗拉强度为2500psi，拉伸极限为80％，因此形成的改性涂层也具有很好的物理特性。
附图说明
图1是本发明的实施结构示意图。
图中：1、金属毛细管，2、石英玻璃直管，3、石英玻璃弯管，4、隔热板，5、毛细微泵，6、固化光源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺，其中，该微通道内壁结构包括金属毛细管1、石英玻璃直管2、石英玻璃弯管3、隔热板4。
该工艺的实施过程如下，
S1装配金属微流控芯片；隔热板4的上下两侧的金属毛细管1之间用石英玻璃直管2相连接，隔热板4左右两端的金属毛细管1之间用石英玻璃弯管3连接，上述结构完成芯片结构的连接并形成一个完整的微通道；毛细微泵5与金属毛细管1的入口处连接；固化光源6分别设置在芯片的两端。
S2固定位置；将芯片固定，在芯片的两端分别放置紫外固化光源6，光源距离芯片的两端为6英寸，调节固化光源使其发出的平行光线与金属毛细管1平行，并固定固化光源6。
S3灌胶；用精密注射器将紫外固化胶从金属毛细管1的入口处注入，直至充满所有的金属毛细管1及石英玻璃直管2、石英玻璃弯管3。
S4吹胶并预固化；调节毛细微泵5使风以适当的速度匀速吹出，从开口处向微通道内匀速进气，5～10分钟(根据毛细微泵风速而定)后开启两侧的固化光源6进行预固化，照射20秒后关闭两侧的固化光源6，在此过程中毛细微泵5处于工作状态。
S5完全固化；预固化完成约5分钟后再次打开两处光源，持续照射10～15分钟后即可完成紫外光固化胶的完全固化，此过程中毛细微泵5处于工作状态。至此，完成了对金属微流控芯片微通道内壁的改性。
所述紫外固化胶为NOA68。
所述固化时固化光源6采用波长为365nm、功率为100瓦的紫外光源。
所述石英玻璃直管2和石英玻璃弯管3均为透明度高的石英玻璃制成。

Claims (2)

1.一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺，其特征在于：该微通道内壁结构包括金属毛细管(1)、石英玻璃直管(2)、石英玻璃弯管(3)、隔热板(4)；
该工艺的实施过程如下，
S1装配金属微流控芯片；隔热板(4)的上下两侧的金属毛细管(1)之间用石英玻璃直管(2)相连接，隔热板(4)左右两端的金属毛细管(1)之间用石英玻璃弯管(3)连接，上述结构完成芯片结构的连接并形成一个完整的微通道；毛细微泵(5)设置在金属毛细管(1)的入口处；固化光源(6)分别设置在芯片的两端；
S2固定位置；将芯片固定，在芯片的两端分别放置紫外固化光源(6)，光源距离芯片的两端为6英寸，调节固化光源使其发出的平行光线与金属毛细管(1)平行，并固定固化光源(6)；
S3灌胶；用精密注射器将紫外固化胶从金属毛细管(1)的入口处注入，直至充满所有的金属毛细管(1)及石英玻璃直管(2)、石英玻璃弯管(3)；
S4吹胶并预固化；调节毛细微泵(5)使风以适当的速度匀速吹出，从开口处向微通道内匀速进气，5～10分钟后开启两侧的固化光源(6)进行预固化，照射20秒后关闭两侧的固化光源(6)，在此过程中毛细微泵(5)处于工作状态；
S5完全固化；预固化完成约5分钟后再次打开两处光源，持续照射10～15分钟后即可完成紫外光固化胶的完全固化，此过程中毛细微泵(5)处于工作状态；至此，完成了对金属微流控芯片微通道内壁的改性；所述紫外固化胶为NOA68；所述固化时固化光源(6)采用波长为365nm、功率为100瓦的紫外光源。
2.根据权利要求1所述的一种金属微流控芯片微通道内壁改性工艺，其特征在于：所述石英玻璃直管(2)和石英玻璃弯管(3)均为透明度高的石英玻璃制成。
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