CN106475158B - 用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片及制造方法。本发明的微流控芯片由从上至下布置且固连在一起的圆片形盖片、夹片和基片组成，被测液体通过盖片上的进液通道和夹片上的进液口进入探测区，太赫兹光束垂直穿透微流控芯片的探测区域进行测量，最后通过出液口和盖片上的出液通道流出。该微流控芯片制造方法简单，制造效率高，且加工成本低，键合过程中不涉及精密加工，采用该微流控芯片制造方法制造出的芯片厚度一致且均匀，芯片的质量更稳定并且拆装方便。
Description
技术领域
本发明涉及液体样品的太赫兹时域光谱测量技术领域，具体涉及用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片及制造方法。
背景技术
近些年，随着太赫兹技术的快速发展，其已在许多领域得到了广泛的应用。许多生物分子的集体振动模式以及分子之间的振动模式处于太赫兹频段，因此利用太赫兹光谱进行生物和化学的无标记、无损耗、无电离传感引发了广泛的关注。大部分的生物分子都存在于水环境中，水和生物分子之间存在的相互作用也涉及了很多生物学上的现象，因此研究溶液状态下的生物化学传感更贴合需求。但是，水对太赫兹有强烈的吸收是利用太赫兹光谱研究液态生物化学样品的一个重大挑战，基于此，有人提出了使用高功率太赫兹源进行液体样品的透射式太赫兹光谱测量，但是高功率的太赫兹源会加热样品，从而破坏生物分子的特性，影响测量结果。另外，也有人提出了测量液体样品的反射光谱，但是提取其中的相位信息相当复杂。因此，人们考虑到可以结合目前的微流控技术通过减少液体样品与太赫兹的作用距离来减少水对太赫兹的吸收，从而获得具有高信噪比的太赫兹透射光谱。
微流控技术是指在至少有一维为微米甚至纳米尺度的低维通道结构中控制体积为皮升至纳升的流体进行流动并传质、传热的技术，可广泛应用于生化分析、免疫分析、微创外科手术、环境监测等众多领域，可以通过微流控芯片来实现。目前以多聚物为基片的微流控芯片制作方式目前有激光烧蚀法、LIGA技术、热压法和注塑法等。其中激光烧蚀法和LIGA技术用来加工玻璃和石英等材料的微流控芯片,虽然玻璃等具有优良的光学和电学性能,但是存在加工成本高、键合成品率低等缺点。热压法存在生产效率相对较低、芯片质量不稳定等缺点。而注塑法是通过制造金属模具来进行注塑生产的,一副模具可生产出大量芯片，但容易产生微通道复制不完全，且制作大量不同形状的芯片需要多副模具，操作较为麻烦。
发明内容
针对上述现有技术，本发明所解决的技术问题是提供一种拆装方便，质量稳定且能获得高信噪比的适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片及该微流控芯片的制造方法。
用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，包括：从上至下布置且固连在一起的圆片形盖片2、夹片3和基片1。所述夹片3上设有微流控道沟4，微流控道沟4包括顺序设置的中通的进液口5、探测区8和出液口6，三者由液体通道7连通。所述盖片2上有与夹片3的进液口5和出液口6位置对应的中通的进液通道10和出液通道11。
优选的，夹片3上有均匀分布在液体通道7两侧的螺丝孔9。所述基片1和盖片2上有与夹片3位置对应的螺丝孔9，用于对圆片形盖片2、夹片3和基片1进行固连。
优选的，基片1和盖片2的材料为APS 8009TC。
优选的，夹片3的材料为不因紧固力而变形的表面平整的金属。
优选的，夹片3的材料为铜。
优选的，夹片3的厚度为20μm～70μm。
优选的，进液口5和出液口6是半径为1.5mm的通孔。探测区8半径为2.5mm的通孔。液体通道7长度为6mm，宽度为3mm。
优选的，螺丝孔9有8个，每个螺丝孔9与液体通道7边沿的间距为3mm，相邻两个螺丝孔9间的间距为4mm，螺丝孔)直径为1mm。
适用于该透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：制作圆片型的盖片2、夹片3和基片1，在夹片3上依次挖取三个圆孔，分别为进液口5，探测区8和出液口6，并连通三个圆孔作为液体通道7，在盖片2上与进液口5和出液口6的对应位置上设置进液通道10和出液通道11。在液体通道10两侧从进液口5到出液口6设螺丝孔9，在盖片2和基片1与螺丝孔9对应位置上设相同的螺丝孔9。
步骤2：沿夹片3的微流控道沟7内侧边缘涂抹塑金胶，将其对应的放置于基片1上方，将盖片2对应的盖放在夹片3上，均匀按压2min后放入真空干燥剂中干燥10min后取出。
步骤3：用螺丝在盖片2、夹片3和基片1的螺丝孔9上进行固连。
有益效果：
1、本发明拆装方便，可更换中间夹片以满足不同的测试需求；清洗方便，可循环使用；微流控芯片沟道形状及厚度尺寸的设计是根据流体力学、各种生物分子线度及太赫兹探测区域半径等因素设计的，适用于大部分生物溶液样品的太赫兹光谱检测；另外，微流控芯片由于其通道尺寸非常小，节省了样品量的利用；
2、基片和盖片采用环烯烃聚合物APS 8009TC，其特点如可见光透明，疏水性，太赫兹透过率极高、疏水性强、具有一定机械强度、抗腐蚀性较强和低损耗等特点，使检测过程更加可靠，结果更加准确。环烯烃聚合物APS 8009TC在0.1-2.7THz范围内透过率高于85％，且无特征振动峰出现，不会影响太赫兹生物光谱的检测，从而增加了透射式太赫兹时域光谱系统中微流控芯片测量液体样品的灵敏度；
3、该微流控芯片制造方法简单，制造效率高，且加工成本低，键合过程中不涉及精密加工，所以采用该微流控芯片制造方法制造出的芯片厚度一致且均匀，芯片的质量更稳定。
附图说明
图1为本发明实施例中APS 8009TC在0.1-2.7THz内的透过率示意图。
图2为本发明实施例中适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片的微流控沟道示意图。
图3为本发明实施例中夹片俯视图。
图4为本发明实施例中微流控芯片的基片和盖片示意图，4(a)为盖片俯视图，4(b)为基片俯视图；
图5(a)为本发明实施例中微流控芯片各组装部件示意图。
图5(b)为本发明实施例中微流控芯片的示意图(未含螺丝口)。
图6为本发明实施例中微流控芯片在透射式太赫兹时域光谱系统的检测示意图。
1-基片，2-盖片，3-夹片，4-微流控沟道，5-进液口，6-出液口，7-液体通道，8-探测区，9-螺丝孔，10-进液通道，11-出液通道。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图5所示，本发明提供了一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片。
本实施例选取APS 8009TC作为基片1和盖片2的材料，APS 8009TC是一种在太赫兹微流控系统中透过率非常高的、可用于沟道加工的材料。APS 8009TC是一种环烯烃聚合物，具有疏水性、对可见光透明及太赫兹透过率高的特性。和适用于微通道精密加工且已经广泛应用于微流控领域的玻璃、石英、有机玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等材料相比，APS8009TC在太赫兹范围内具有非常高的透过率，图1所示在0.1-2.7THz范围内透过率高于85％，且无特征振动峰出现，不会影响太赫兹生物光谱的检测。
把APS 8009TC通过裁剪加工成半径为16mm，厚度为2mm的两个薄片，其中一片APS8009TC作为基片1，另外一片作为盖片2。在盖片2上两端分别打孔有进液口5和出液口6。如图4所示，进液口5、出液口6半径为1.5mm。
选取铜皮作为夹片3的材料，把厚度为20、30、40、50、60、70μm的金属薄铜皮制成和基片1、盖片2形状相同的圆片作为夹片3，并在中央进行裁剪形成微流控沟道4的形状，如图2所示。液体通道7长度为6mm，宽度为3mm，探测区域8为圆形，半径为2.5mm。
在基片1、盖片2及薄铜皮(夹片3)的相同位置打8个半径为1mm的螺丝孔9，如图3所示。在键合过程中，先使基片1与20μm-70μm中任一厚度的一个夹片2叠放在一起并沿夹片3的微流控沟道4内侧均匀涂一圈塑金胶，让塑金胶向下流到夹片2微流控沟道4与基片1的缝隙，起到粘连作用。然后盖上盖片2均匀挤压后放入真空干燥箱中保持60℃干燥10分钟。最后用小螺丝依次穿过8个螺丝孔9后进一步固定如图5(a)所示。要注意力度，以免使材料发生形变。其它厚度的太赫兹微流控芯片制作过程与上述方法相同，只需改用其相应厚度的夹片3即可。
本发明通过对APS 8009TC材料的选取，提高了微流控芯片的透过率，从而增加了透射式太赫兹时域光谱系统中微流控芯片测量液体样品的灵敏度；通过对夹片3厚度尺寸的把握，可以测量不同线度体积的生物分子所在不同性质溶液的太赫兹谱线。太赫兹光束垂直穿透微流控芯片的探测区域，如图5(b)所示。在透射式太赫兹时域光谱系统中微流控的摆放位置如图6。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，其特征在于，包括：从上至下布置且固连在一起的圆片形盖片(2)、夹片(3)和基片(1)；所述夹片(3)上设有微流控道沟(4)，微流控道沟(4)包括顺序设置的中通的进液口(5)、探测区(8)和出液口(6)，三者由液体通道(7)连通；所述盖片(2)上有与夹片(3)的进液口(5)和出液口(6)位置对应的中通的进液通道(10)和出液通道(11)；
夹片(3)上有均匀分布在液体通道(7)两侧的螺丝孔(9)；所述基片(1)和盖片(2)上有与夹片(3)位置对应的螺丝孔(9)，用于对圆片形盖片(2)、夹片(3)和基片(1)进行固连；
基片(1)和盖片(2)的材料为APS 8009TC。
2.如权利要求1所述的适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，其特征在于，夹片(3)的材料为不因紧固力而变形的表面平整的金属。
3.如权利要求2所述的适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，其特征在于，夹片(3)的材料为铜。
4.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，其特征在于，夹片(3)的厚度为20μm～70μm。
5.如权利要求1所述的适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，其特征在于，进液口(5)和出液口(6)是半径为1.5mm的通孔；探测区(8)半径为2.5mm的通孔；液体通道(7)长度为6mm，宽度为3mm。
6.如权利要求1所述的适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片，其特征在于，螺丝孔(9)有8个，每个螺丝孔(9)与液体通道(7)边沿的间距为3mm，相邻两个螺丝孔(9)间的间距为4mm，螺丝孔(9)直径为1mm。
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