CN104998705A - 一种滤纸引导三明治微流控芯片及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤纸引导三明治微流控芯片，包括盖片、基片和内芯，盖片和基片分别位于内芯的上层和底层，中间为内芯，构成三明治结构；盖片上具有内芯液体进出口。盖片和基片为PVC、PET等透明材料，内芯材质为具有亲水性的滤纸；盖片、基片和内芯是通过封塑机进行封合在一起的。本发明方法制作工艺简单易行，不需要专业设备，封接成功率高，费用低；同时利用亲水性滤纸作为芯片内芯，充分发挥其毛细纤维引导作用，无需外力驱动下实现了液体的混合；使用过程中，与常用的试纸条相比，反应液体不易挥发可长时间保存使用。

Description

一种滤纸引导三明治微流控芯片及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种滤纸引导三明治微流控芯片及其加工方法，具体涉及一种集成化三明治微流控芯片的简便制作方法，属于分析化学领域。

背景技术

自20世纪90年代微型全分析系统(Miniaturized total analysis systems,μTAS)概念提出后微流控芯片分析技术取得了迅速发展。微全分析系统又称为芯片实验室，其核心为微流控芯片。随着微流控芯片分析技术的发展，用于制作微芯片的材料也呈现多样化，且加工工艺也越来越简洁。目前通常用于制作微流控分析芯片的材料有硅、玻璃、石英、金属和有机聚合物(如环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷)等。这些材料的芯片多数采用光刻和蚀刻技术加工而成。

2007年Martinez等人(Martinez,A.W.；Phillips,S.T.；Butte,M.J.；Whitesides,G.M.Angewandte Chemie-International Edition 2007,46,1318-1320.)首次提出纸基微流控。纸基微流控以是以滤纸作为芯片材料，在滤纸上加工上微通道，充分利用滤纸纤维层的亲水作用，使水溶液通过纤维层达到混合反应的目的。这种低成本的纸基微流控诊断和分析装置由于具有携带方便、分析速度快、成本低廉等优点，已经被越来越多地应用于化学、生物、医学等领域，而且有着很好的发展前景。

在滤纸上加工微通道方法很多，目前报道的通常为光刻技术(Martinez,A.W.；Phillips,S.T.；Butte,M.J.；Whitesides,G.M.Angewandte Chemie-InternationalEdition 2007,46,1318-1320.)、石蜡印刷技术(Carrilho,E.；Martinez,A.W.；Whitesides,G.M.Analytical Chemistry 2009,81,7091-7095.)、打印PDMS(Bruzewicz,D.A.；Reches,M.；Whitesides,G.M.Analytical Chemistry 2008,80,3387-3392.)、油性笔刻画(Nie,J.F.；Zhang,Y.；Lin,L.W.；Zhou,C.B.；Li,S.H.；Zhang,L.M.；Li,J.P.Analytical Chemistry 2011,84,6331-6335.)等技术等。其实质是利用石蜡、有机溶剂、PDMS等憎水性物质在滤纸上形成憎水墙实现液体流向的控制。这些方法制作工艺简单，但是有时会出现渗漏或者界面不清晰等现象。同时纸基微流控芯片，虽然形成了亲水的微通道，但是由于液体容易蒸发，不能长时间保持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种滤纸引导三明治微流控芯片及其加工方法，加工方法简单、通用性强；制作的芯片既能实现液体流路的清晰控制，又能长时间保存使用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种滤纸引导三明治微流控芯片，包括盖片、基片和内芯，所述的盖片和基片分别位于内芯的上层和底层，中间为内芯，从而构成三明治结构；所述的盖片上具有内芯液体进出口。

进一步的，所述的盖片和基片为封塑胶片，可以冷封也可以热封；所述的封塑胶片材质为PVC、PET等透明材料、厚度为50-100μm。

进一步的，所述的盖片和基片的大小相同，根据内芯大小进行裁定；内芯的形状是多样的，可以为“十”字型，也可以为“S”型、“米”字型、五角星等多种形状。

进一步的，所述的内芯材质为具有亲水性的滤纸，通过亲水性滤纸的毛细作用可以驱动液体引入和混合，无需外力驱动即可实现液体的混合。

进一步的，所述的盖片用打孔器打圆孔作为内芯液体进出口，所述的圆孔直径为1-4mm，圆孔数目是根据实验要求来定。

进一步的，所述的盖片、基片和内芯是通过封塑机进行封合在一起的。

本发明还提供一种上述滤纸引导三明治微流控芯片的加工方法，包括以下步骤：

(1)、利用绘图软件设计内芯的形状及相应的尺寸，其中通道为无色，边沿为黑色；然后利用打印机将设计的图案打印到滤纸上；

(2)、用裁纸刀沿设计的图案的边沿从滤纸上裁下，得到内芯；

(3)、将裁下的内芯放到盖片和基片的中间，根据内芯的位置和尺寸，在盖片的相应位置用打孔器打匹配的圆孔；

(4)、固定好盖片、内芯、基片三者的位置后，将三者一起放在封塑机上一定温度下进行封合，得到所述的三明治微流控芯片。

进一步的，所述的封塑机温度设为100-120℃之间。

本发明技术方案的优点在于：制作工艺简单易行，不需要专业设备，封接成功率高，费用低；同时利用亲水性滤纸作为芯片内芯，充分发挥其毛细纤维引导作用，无需外力驱动下实现了液体的混合；使用过程中，与常用的试纸条相比，反应液体不易挥发可长时间保存使用。

附图说明

图1：本发明滤纸引导三明治微流控芯片的整体结构示意图；

图2：本发明实施例1的内芯为“十”字型滤纸引导三明治微流控芯片的分解图；

图3：本发明实施例1的滤纸引导三明治微流控芯片机加工过程中，滤纸上的芯片图案示意图；

图4：本发明实施例1的滤纸引导三明治微流控芯片机加工过程中，内芯从滤纸上剪裁下来的示意图；

图5：本发明实施例2的内芯为“S”型通道的滤纸引导三明治微流控芯片分解图；

图6：本发明实施例3的内芯为“米”字型通道的滤纸引导三明治微流控芯片分解图。

其中，1、盖片，2、基片，3、“十”字型内芯，4、内芯液体进出口，5、滤纸，6、“十”字型内芯图案，7、“S”型内芯，8、“米”字型内芯

具体实施方式

以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：

实施例1：内芯为“十”字型通道的滤纸引导三明治微流控芯片

一种滤纸引导三明治微流控芯片，如图1和图2所示，包括盖片1、基片2和内芯3，中间为内芯，盖片和基片分别位于内芯的上层和底层，构成三明治结构。如图3和图4所示，内芯的形状为十字型通道，十字型通道的四个顶端呈圆形；所述的通道的长55mm，宽5mm，顶端的直径为8mm。盖片用打孔器钻四个圆孔作为内芯液体进出口4，圆孔位置与十字型通道顶端对应，圆孔直径为4mm。

上述的盖片1和基片2为封塑胶片，材质优选为PVC、PET等透明材料、厚度优选为50-100μm。内芯3材质优选为具有亲水性的滤纸。

上述的盖片1、基片2和内芯3是通过封塑机进行封合在一起的。

本发明还提供一种上述滤纸引导三明治微流控芯片的加工方法，包括以下步骤：

(1)、利用绘图软件设计内芯3的十字型通道的形状及相应的尺寸，其中通道为无色，边沿为黑色；然后利用打印机将设计的图案6打印到滤纸5上；如图3所示；

(2)、用裁纸刀沿设计的图案6的边沿从滤纸5上裁下，得到内芯3；如图4所示；裁图案过程中尽量做到一次成型，切勿反复裁剪边沿使芯片内芯3形成大量毛刺；

(3)、将裁下的内芯3放到盖片1和基片2的中间，上面为盖片，底下为基片；根据内芯3的位置和尺寸，在盖片1的相应位置用打孔器钻四个尺寸匹配的圆孔；

(4)、在盖片上打好孔后，固定好盖片、内芯、基片三者的位置，尤其是将内芯液体进出口4与内心3位置对准；盖片在上面、内芯在中间、基片在下面呈三明治结构，三者平整后一起放入封塑机，在温度100-120℃之间进行封合，得到所述的三明治微流控芯片。

实施例2：内芯为“S”型滤纸引导三明治微流控芯片

一种滤纸引导三明治微流控芯片，如图5所示，包括盖片1、基片2和内芯7，中间为内芯，盖片和基片分别位于内芯的上层和底层，构成三明治结构。内芯7的形状为S型，“S”型通道的中心和顶端呈圆形；所述的“S”型通道的总长80mm，宽5mm，顶端的直径为8mm。盖片用打孔器钻三个圆孔作为内芯液体进出口4，圆孔位置与S型通道中心和顶端对应，圆孔直径为4mm。

上述的盖片1和基片2为封塑胶片，材质优选为PVC、PET等透明材料、厚度优选为50-100μm。内芯7材质优选为具有亲水性的滤纸。

上述的盖片1、基片2和内芯3是通过封塑机进行封合在一起的。本发明提供的上述内芯为S型滤纸引导三明治微流控芯片制备方法和结构与实施例1相同。

实施例3：内芯为“米”字型滤纸引导三明治微流控芯片

一种滤纸引导三明治微流控芯片，如图6所示，包括盖片1、基片2和内芯8，中间为内芯，盖片和基片分别位于内芯的上层和底层，构成三明治结构。内芯8的形状为“米”字型，“米”字型通道的顶端呈圆形；所述的每条通道的长40mm，宽3mm，顶端的直径为6mm。盖片用打孔器钻九个圆孔作为内芯液体进出口4，圆孔位置与“米”字型中心和通道顶端分别对应，圆孔直径为3mm。

上述的盖片1和基片2为封塑胶片，材质优选为PVC、PET等透明材料、厚度优选为50-100μm。内芯8材质优选为具有亲水性的滤纸。

上述的盖片1、基片2和内芯3是通过封塑机进行封合在一起的。本发明提供的上述“米”字型滤纸引导三明治微流控芯片制备方法和结构与实施例1相同。

上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滤纸引导三明治微流控芯片，包括盖片(1)、基片(2)和内芯(3)，其特征在于，所述的盖片和基片分别位于内芯的上层和底层，中间为内芯，从而构成三明治结构；所述的盖片上具有内芯液体进出口(4)。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的盖片(1)和基片(2)为封塑胶片，封塑胶片材质为透明材料PVC、PET、厚度为50-100μm。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的盖片(1)和基片(2)的大小相同。

4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的内芯(3)材质为具有亲水性的滤纸。

5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的盖片(1)用打孔器打4个圆孔作为内芯液体进出口(4)，所述的圆孔直径为1-4mm。

6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述的盖片(1)、基片(2)和内芯(3)是通过封塑机进行封合在一起的。

7.一种权利要求1-6任一项所述的滤纸引导三明治微流控芯片的加工方法，包括以下步骤：

(1)、利用绘图软件设计内芯的形状及相应的尺寸，其中通道为无色，边沿为黑色；然后利用打印机将设计的图案(6)打印到滤纸(5)上；

(2)、用裁纸刀沿设计的图案(6)的边沿从滤纸(5)上裁下，得到内芯(3)；

(3)、将裁下的内芯(3)放到盖片(1)和基片(2)的中间，根据内芯(3)的位置和尺寸，在盖片(1)的相应位置用打孔器打匹配的圆孔；

(4)、固定好盖片、内芯、基片三者的位置后，将三者一起放在封塑机上一定温度下进行封合，得到所述的三明治微流控芯片。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的温度为100-120℃之间。