CN105903502A - 基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法 - Google Patents

基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法，本发明方法用蜡作为疏水材料，在滤纸等芯片基材上形成有亲、疏水区域的微流控纸芯片。该方法主要包括：将纸张放入熔化的蜡溶液中浸泡后取出，冷却后制得蜡纸；在计算机上设计所需微流控纸芯片图案，软件控制刻字机切割蜡纸，形成镂空图案；利用塑封机对蜡纸进行蜡转移，将蜡转移到滤纸等芯片基材上，形成具有亲疏水图案区域的纸芯片；在制作好的纸芯片上进行检测。本发明具有以下优点：(1)制作成本低，所需仪器和材料获取方便。(2)能制作复杂图案的纸芯片。(3)制作简单，时间短，可用于大规模的制作。

Description

基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法
技术领域
本发明属于微流控纸芯片技术领域，尤其是涉及一种基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片。
背景技术
微流控纸芯片是近几年一种新兴的微流控分析技术平台。它以纸张或者其他膜、布和硅胶板等作为基材，利用各种加工技术代替硅，玻璃，高聚物等材料，在基材上加工出具有一定亲疏水功能的微细通道和相关的检测器件，构成纸上微型实验室，也被称为微流控纸分析器件。
与传统的微流控芯片相比较，微流控纸芯片具有成本更低，加工简易，生物兼容性好，分析系统更微型化、便携化，检测背景低，后处理简单，污染小等优点。因此，基于纸的微流控芯片在医学诊断，快速检测等领域有很大的应用前景。
由于目前制作微流控纸芯片主要采用紫外光刻、等离子体处理、喷墨打印、喷墨溶剂刻蚀、绘图、蜡印、丝网印刷和激光光刻等技术。需要价格昂贵且精细操作的激光打印机，喷蜡打印机，喷墨打印机等基础条件，不适合在普通的微流控分析实验室，发展中国家以及贫困偏远地区的应用与发展。
微流控纸芯片的主要特点是通过毛细作用驱动液体，无需使用任何外部动力，其主要的检测方法有比色检测，电化学检测和化学发光检测等方法，这些方法都已用于纸芯片，但在缺少配套设备的检测技术上，比色法是最适合纸芯片也是最容易被大众接受的一种检测方法。因此，找到一种无需昂贵设备(如专业蜡打印机)制作微流控纸芯片的方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处提供一种基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法；该方法成本低廉，可简单，快速地制备结构复杂的的微流控纸芯片。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
一种基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法，该方法包括：
1)将蜡块熔化得到蜡溶液，将纸张浸泡蜡溶液至蜡溶液完全浸透，再使蜡纸流平，冷却至室温得到蜡纸；
2)将制得的蜡纸固定在刻字机上，按设计的亲疏水图案用刻字机雕刻蜡纸，得到蜡图案模版；具体为在计算机上绘制微流控纸芯片亲疏水图案，图形数据文件传输至刻字机，控制刻字机雕刻蜡纸，得到蜡图案模版；
3)将刻制好的蜡图案模板夹于若干层空白芯片基材中间，利用塑封机进行蜡转移，得到所需的微流控纸芯片。
步骤1)所述的纸张是将普通复印纸裁剪到所需尺寸，所述的流平使用的温度为60℃-150℃。纸张浸没在蜡溶液中的时间在1-3分钟至蜡溶液完全渗透复印纸，蜡纸流平时间为3-15分钟，空气中冷却5-15s，形成复印蜡纸。
将制得的复印蜡纸固定在刻字机上，调节刻字机压力F(40G-200G)，速度V(50-300mm/s)。
上述利用塑封机进行蜡转移具体为将夹着蜡纸模版的芯片基材放入塑封机进行热转移蜡，蜡纸模版上的蜡转移到芯片基材上，得到具备亲疏水图案区域性质的微流控纸芯片。
所述的待转移蜡的目标芯片基材是滤纸，膜、硅胶板或者布。
蜡转移时的塑封温度在60-160℃，塑封的时间为10-50s。
得到的微流控纸芯片是二维或三维结构。
上述蜡块熔化是将蜡块放入烘箱中，设置温度在60-150℃，将蜡熔化。
与现有技术比较本发明的有益效果：
1.在微流控纸芯片实验室中引入了无需蜡打印机等昂贵设备制作微流控纸芯片的技术，对现有技术进行了拓展。
2.微流控纸芯片的制作简单，成本低，加工速度快，10-20分钟内可完成纸芯片的制备。
3.采用了塑封和蜡转移的方法制作二维的微流控纸芯片，还可对二维的微流控纸芯片排列堆叠后塑封制备三维的微流控纸芯片。
附图说明
图1：微流控纸芯片热塑封蜡转移的示意图，其中A，芯片基材；B，复印蜡纸模版。
图2：本发明实施例热蜡转移法与常规蜡材料纸芯片制作方法的对比图，其中a，蜡笔手绘法；b,喷墨打印法；c，喷蜡打印机法；d，热蜡转移纸芯片设计示意图；e，图案蜡纸模版图；f，热蜡转移法实物图。
图3：三维微流控纸芯片设计示意图，其中1，透明塑封膜；2，三维纸芯片进样口；3，三维纸芯片中间层通道；4，显色区域。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行进一步解释说明
实施例1
一种基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法具体步骤如下：
(1)在计算机上利用Adobe Illustrator CS5软件设计微流控纸芯片的亲疏水图案(如附图2-d所示)。图形构造：由六个微通道长度为10.0mm,宽度2.0mm组成，整张微流控纸芯片的尺寸为40.0mm×40.0mm。(2)将普通复印纸剪裁成40.0mm×40.0mm，普通滤纸剪裁成45.0mm×45.0mm。
(3)将蜡块放入平底干净的器皿中，放入烘箱中，同时放入一个干净的烧杯，设置温度在120℃，将蜡熔化成蜡溶液。
(4)将(2)中裁剪好的40.0mm×40.0mm的普通复印纸放入蜡溶液中，等待120s至蜡溶液完全浸透复印纸，放于烧杯中使蜡流平，6min后取出，空气中冷却15s，形成复印蜡纸。
(5)将(3)中的制备的复印蜡纸固定在刻字机上，压力F设为100G，速度V设为50mm/s。
(6)将步骤(1)中设计的亲疏水图案雕刻于蜡纸上，得到蜡纸模版，(如图2-e所示)。
(7)将步骤(6)中刻制好的蜡纸模版夹在两张滤纸之间进入塑封机，进行热蜡转移(如图1所示)，塑封温度120℃，塑封的时间30s，蜡纸模版上的蜡转移到滤纸上，得到的具有亲疏水区域性质的微流控纸芯片。
(8)向得到的微流控纸芯片的亲水区域加入黄色墨水(如图2-f所示)，并与常规方法制得的微流控纸芯片进行对比(如图2所示)。
图2说明本方法操作简单，加工设备廉价易得。与传统使用蜡作为疏水材料制备微流控纸芯片的方法相比较，使用本发明方法制备的微流控纸芯片，通道分辨率高，基底韧性好，此法是非常优异的以蜡为疏水材料的微流控纸芯片制备方法。
实施例2
三维热蜡转移微流控纸芯片的制备方法具体步骤如下：
在计算机上利用Adobe Illustrator CS5软件设计三种图案，其中最上层图案：中心进样口直径为6.0mm×6.0mm；中间层微通道图案：六个微通道宽度均为2.0mm，长度为15.0mm；最下层为有显色检测图案设计的芯片：直径为10.0mm圆形区域。整张微流控纸芯片的尺寸为60.0mm×60.0mm。
按实施例1中的(2)(3)(4)(5)(6)(7)制作三种不同图案的微流控纸芯片。
对上一步中得到的三种不同图案纸芯片进行对齐，重叠，并将其夹在两片塑封膜中间，其中最上层的透明塑封膜中间的孔径为3mm，进行塑封封装，制备得到三维的微流控纸芯片(如附图3所示)。

Claims (10)

1.一种基于热转移蜡亲疏水图案微流控纸芯片的制备方法，其特征在于，包括：
1)将蜡块熔化得到蜡溶液，将纸张浸泡蜡溶液至蜡溶液完全浸透，再使蜡纸流平，冷却至室温得到蜡纸；
2)将制得的蜡纸固定在刻字机上，按设计的亲疏水图案用刻字机雕刻蜡纸，得到蜡图案模版；
3)将蜡图案模板夹于若干层空白芯片基材中间，利用塑封机进行蜡转移，得到微流控纸芯片。
2.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤1)所述的流平使用的温度为60℃-150℃。
3.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤1)所述的纸浸没在蜡溶液中的时间在1-3分钟。
4.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤1)所述的蜡纸流平时间为3-15分钟。
5.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤1)所述的流平后，空气中冷却5-15s。
6.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤2)中调节刻字机压力F(50-300mm/s)，速度V(40G-200G)。
7.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的芯片基材是滤纸，膜、硅胶板或者布。
8.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤3)所述的利用塑封机进行蜡转移时采用的塑封温度为60-160℃，塑封的时间为10-50s。
9.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤3)得到的微流控纸芯片是二维或三维结构的微流控纸芯片。
10.根据权利要求1所述的微流控纸芯片的制备方法，其特征在于步骤1)所述的蜡块熔化是将蜡块置于温度在60-150℃条件下熔化。
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