CN106824316B - 一种微通道形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有一定厚度的微通道形成方法，其特征在于，包括盖片、基片，所述盖片与基片之间具有夹层；用胶在基板上画出微通道，所述微通道厚度等于夹层厚度，再盖上盖片，固化即可实现盖片与基片快速封接。该方法简单易行便于操作，能够有效弥补压敏胶粘贴的封接方式，通道深度无法保证的技术缺陷。

Description

一种微通道形成方法

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片领域，特别涉及微通道形成方法。

背景技术

随着技术的进步和应用要求的不断提高，近些年来生化分析设备一直向小型化、集成化、自动化和并行处理的方向发展。希望通过减少昂贵的试剂用量来降低经济成本，通过减小分析仪器的特征尺寸来加速分析过程。例如，规模化、并行化的生物探针阵列，节省了大量试剂成本，加快了分析过程，它促使了人类基因组计划的提前完成。大型设备的制造、使用和维护复杂，而小型设备只需要处理微量样品，通过集成化的微流体网络，大大减少了流动控制的复杂程度。在这样的背景和需求下，微流控芯片技术应运而生。微流控芯片技术源于在20世纪80年代末和90年代初，Manz和Widmer等人提出的微全分析系统“MicroTotal Analysis Systems,μ‐TAS"，也叫“Lab‐On‐a‐Chip,LOC”的概念。该技术将微加工技术和微流体技术有机地结合在一起，在方寸大小的芯片上集成了生化分析中的样品制备、生化反应及结果检测等过程。微流控芯片技术作为基因、蛋白质、临床诊断、环境监测和生化防卫等领域生化样品的探测、分析和操作技术越来越受人们欢迎。

伴随着生物标志物临床应用的特点(如心肌标志物浓度及其动态监测)，定量POCT产品需求迫切，然而由于目前基于侧向层析技术的定量检测POCT存在重复性差、准确性低等特点，限制了定量POCT的应用。微流控芯片突出优势有以下几点：首先，其具有可灵活组合多种操作单元、整体可控的特点，可将检测过程中的多个步骤整合在一块芯片上；其次，由于芯片内的通道结构为微米级甚至纳米级，因而具有高比表面积、高扩散系数、传热快等特性，有效地加速了通道内的反应，大大缩短了整个分析时间；此外，由于在芯片微米级通道内进行检测，样品和试剂的消耗量仅为微升级甚至纳升级，极大降低了检测成本，可同时实现快速和低成本检测。

目前微通道的形成方法有光盘注塑、微注塑、机加工等方法，这些方法需要高精度的模具或精密加工技术，加工成本较高。此外，在免疫检测分析过程中，由于芯片一般进行表面蛋白处理，因此在芯片封接过程中需要避免表面蛋白的变性。现有的封接方式，如激光焊接、超声焊接、溶剂辅助封接等，均会不同程度的影响芯片通道的表面特性。而采用压敏胶粘贴的封接方式，通道深度无法保证。

发明内容

本发明的目的在于针对以上问题，本发明提供了一种低成本、方便快速制备微通道方法。

为实现上述目的，本发明的是通过下述技术方案实现的：

一种微通道形成方法，包括盖片、基片，所述盖片与基片之间具有夹层；用胶在基板上画出微通道，所述微通道厚度等于夹层厚度，再盖上盖片，固化即可实现盖片与基片快速封接。

为了更好的控制夹层厚度，选优通过通道厚度控制装置控制。

本发明的一种实施方式，所述通道厚度控制装置包括一长方形凹槽，其规格与基板一致，所述凹槽内设有支撑件，所述支撑件的高度大于基片的厚度。

优选所述微通道形成方法，包括自上而下的盖片、基片、通道厚度控制装置，所述盖片、基片之间具有夹层；将一定厚度的基片放入通道厚度控制装置凹槽内，在基片上点胶画出微通道，直至微通道厚度达到凹槽支撑件高出基片部分的长度，再盖上盖片后，盖片与基片夹层厚度就是微通道厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接。

进一步地，对本发明的通道厚度控制装置一种改进，所述通道厚度控制装置凹槽边框设有若干个支撑件，所述支撑件平板状。所述基片面积略小于凹槽面积，将基片直接放置在凹槽内，凹槽边框的支撑件卡住基片，且支撑件高度高于基片，所述盖片的面积等于凹槽的面积，将盖片直接放置在支撑件上。

上述所述的通道厚度控制装置待盖片、基片封接后可取下。

本发明另外一种改进，通道厚度控制装置凹槽内任意位置设置支撑件，所述支撑件形状不限，优选圆柱形；所述基片对应支撑件相应位置设有定位孔，定位孔直接穿过凹槽支撑件使通道厚度控制装置与基片连接，支撑件高出基片。优选支架的数量小于等于定位孔数量，优选支架数量与定位孔一致。

上述改进中盖片、基片、通道厚度控制装置面积一致。

上述改进中通道厚度控制装置不可拆卸。

本发明的一种实施方式，所述的通道厚度控制装置为设置在基片上表面的支撑件，其位置任意，所述盖片直接盖在支撑件上。

所述微通道形成方法，包括自上而下的盖片、通道厚度控制装置、基片，所述盖片、基片依靠通道厚度控制装置形成夹层；在基片上点胶画出微通道，直至微通道厚度达到支撑件高度，再盖上盖片；盖片与基片夹层厚度就是微通道厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接。

本发明的另一种实施方式，所述的通道厚度控制装置为设置在盖片下表面的支撑件，其位置任意，所述带有支撑件的盖片直接盖在基片上。

所述微通道形成方法，包括自上而下的盖片、通道厚度控制装置、基片，所述盖片、基片依靠通道厚度控制装置形成夹层；在基片上点胶画出微通道，直至微通道厚度达到支撑件高度，再盖上盖片后，盖片与基片夹层厚度就是微通道厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接。

本发明的另一种实施方式，所述的通道厚度控制装置为在盖片下表面或基片上表面的可移动支撑件，其位置任意。

所述微通道形成方法，包括自上而下的盖片、通道厚度控制装置、基片，所述盖片、基片依靠通道厚度控制装置形成夹层；在基片上点胶画出微通道，直至微通道厚度达到支撑件高度，再盖上盖片后，盖片与基片夹层厚度就是微通道厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接。

本发明上述所述的胶粘度优选8000-25000cps，进一步优选8000-20000cps，所述胶包括但不限于uv胶、AB胶、瞬干胶、硅橡胶，优选uv胶。所述固化时间为5s-1h,优选5-10秒钟。

为了更好的说明本发明的有益效果，通过下述试验例来阐述

试验例一、基片和盖片材料优选：

由于UV胶对粘贴材料有一定的选择性，因此试验将50mg/mL苋菜红溶液注入由以下材料组成微通道(图6)，在室温条件下放置24小时，观察液体是否漏液，以比较不同材料的UV胶黏贴效果，结果如下.

表1材料选择筛选试验

从表1可见，本发明的盖片优选PC聚碳酸酯、PET涤纶树脂、PMMA聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、COC环烯烃类共聚；基片的材质优选PC聚碳酸酯、PE聚乙烯、PET涤纶树脂、ABS丙烯腈PMMA聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、COC环烯烃类共聚，均没有发现漏液。

试验例2

由于通道厚度与胶的粘度密切相关，通过比较粘度在1000cps、8000cps、10000cps、20000cps、25000cps五种UV胶(乐泰)对不同深度和宽度通道形成的影响，将50mg/mL苋菜红溶液注入由以下材料组成微通道(图8)，在室温条件下放置24小时，观察液体是否漏液，实验结果见下表2。

将上述制备的微通道中通入1％量子点溶液，用荧光读数仪读取荧光信号的宽度，即通道宽度。比较不同粘帖芯片的通道宽度的差异度(差异度＝1-正面通道宽度/背面通道宽度×100％)，差异度越小越好。

表2uv胶粘附筛选试验

从表2可见，uv胶粘度在8000-20000cps可以生成30-100μm厚度的微通道；厚度为100μm-300um的微通道可以用粘度在10000-25000cps的UV胶制备；厚度为300um-500um的通道，则需要高粘度的UV胶。由于在实际应用中30um-300um微通道较为普遍，同时太高粘度的UV胶对点胶仪器要求较高，因此优选uv胶粘度8000-20000cps。

试验例3胶的选择试验

a.采用激光雕刻机在压敏胶(3M双面胶)上刻出微通道，然后采用真空贴合机将盖片(PMMA)和基片(PMMA)进行贴合；

b.在基片上用UV胶/AB胶绘制相应的图案后，盖上盖片。待胶水固化后，由于支撑结构的支撑，在基片和盖片间形成一定厚度的夹层，夹层深度由支撑结构的高度控制。

将上述制备的微通道中通入1％量子点溶液，用荧光读数仪读取荧光信号的宽度，即通道宽度。用千分尺测定微通道的深度。比较不同粘帖芯片的通道深度的保真度(保真度＝实际深度/理论深度×100％)和宽度均一性(CV＝宽度标准差/平均宽度)，CV越低微通道的均一性越好，结果见表3。

表3粘合胶筛选试验

表3可见，UV胶AB胶硅橡胶CV％值小于6.0％，效果好。

试验4：不同微通道形成的验证实验

方法：实施例2-5，在基片上用UV胶绘制相应的图案后，盖上盖片后，由于支撑件构的支撑，在基片和盖片间形成一定厚度的夹层，夹层深度由支撑件的高度控制。将50mg/mL苋菜红溶液注入由以下材料组成微通道(图8)，在室温条件下放置24小时，观察液体是否漏液。

结果：通过对比四种微通道形成方法，均不漏液，结果表明均符合粘贴要求。

试验5：比较微通道uv法、双面胶法、注塑法

方法：

1.双面胶法

a)采用机加工法制备基片和盖片；

b)采用激光雕刻机在压敏胶(3M双面胶，100nm)上刻出微通道(图7,通道宽度2mm)；

c)采用芯片点样仪在图7中所示53、54处分别滴加2.0uL人IgG和兔抗羊IgG(1mg/mL，含3％蔗糖的磷酸盐缓冲液)(启泰生物)于基片,在4℃条件下放置24小时；用磷酸盐缓冲液冲洗基片2次，然后将基片置于含3％BSA磷酸盐缓冲液中，在4℃条件下放置24小时后，甩干待用；

d)将盖片置于含3％BSA磷酸盐缓冲液中，在4℃条件下放置24小时后，甩干待用；

e)采用真空贴合机将盖片(PMMA)和基片(PMMA)进行贴合。

2.注塑法

a)采用注塑法制备具有图案(图7,通道宽度2mm)基片(PMMA，同方芯片)和盖片(PMMA，同方芯片)；

b)采用芯片点样仪在图7中所示53、54处分别滴加2.0uL人IgG和兔抗羊IgG(1mg/mL，含3％蔗糖的磷酸盐缓冲液)(启泰生物)于基片,在4℃条件下放置24小时；用磷酸盐缓冲液冲洗基片2次，然后将基片置于含3％BSA磷酸盐缓冲液中，在4℃条件下放置24小时后，甩干待用；

c)将盖片置于含3％BSA磷酸盐缓冲液中，在4℃条件下放置24小时后，甩干待用；

d)采用超声波焊接机将基片和盖片封接。

3.UV胶法

a)采用机加工法制备基片和盖片；

b)采用芯片点样仪在图7中所示53、54处分别滴加2.0uL人IgG和兔抗羊IgG(1mg/mL，含3％蔗糖的磷酸盐缓冲液)(启泰生物)于基片,在4℃条件下放置24小时；用磷酸盐缓冲液冲洗基片2次，然后将基片置于含3％BSA磷酸盐缓冲液中，在4℃条件下放置24小时后，甩干待用；

c)将盖片置于含3％BSA磷酸盐缓冲液中，在4℃条件下放置24小时后，甩干待用；

d)在基片上用UV胶绘制相应的图案后(图7,通道宽度2mm)，盖上盖片

e)。待胶水固化后，由于支撑结构的支撑(100nm)，在基片和盖片间形成一定厚度的夹层，夹层深度由支撑结构的高度控制。

f)在紫外灯照射下，实现基片和盖片封接。

4.对比试验

a)将上述制备的微通道中通入1％量子点溶液(含3％BSA磷酸盐缓冲液)，测定通道(图7中53、54位)的宽度和厚度。

b)将10uL含有一定浓度(300ng/ml、100ng/ml、30ng/ml、10ng/ml、3ng/ml、0ng/ml)的量子点标记的羊抗人IgG(QD-IgG_GaHu)溶液(含3％BSA磷酸盐缓冲液)滴在图7一端的进样孔51，待QD-IgG_GaHu溶液完全进入通道后，滴入60uL含3％BSA磷酸盐缓冲液，溶液在表面张力的驱动下向前泳动，记录液体前端到达通道末端的时间(即液体充满通道时间)。用荧光读数仪读取图7中53位、54位的荧光值(RFU)，将量子点浓

度值与RFU采用双对数拟合(logX-LogY),相关系数r越高线性越好。

结果表4如下，

表4

微通道形成方法	通道宽度mm	通道厚度um	相关性	反应时间
					双面胶法	1.943	81	0.9812	30min
注塑法	1.917	103	0.9774	23min
					UV胶法-图2	1.984	97	0.9953	14min
UV胶法-图3	2.024	103	0.9946	13min
					UV胶法-图4	2.063	98	0.9967	14min
UV胶法-图5	2.073	105	0.9972	12min
					UV胶法-图6	2.037	102	0.9952	13min

结果表明，双面胶通道宽度和厚度均低于目标值，可能是双面胶贴合过程挤压的结果，这也是引起较长反应时间的原因；注塑法通道宽度低于目标值可能是焊接时焊料内熔引起，较长的反应时间可能是超声过程造成通道内表面蛋白变性导致通道亲水性降低而引起；而采用UV胶法制备的微通道则在通道厚度、宽度、反应时间具有较好的一致性。

试验6灵敏度测试

将上述制备的测试卡，测定3％BSA磷酸盐缓冲液20次，计算20次测定结果的均值M和标准差SD，M+2SD值即为试剂盒的灵敏度，结果表7如下，

表7灵敏度测试

试验结果表明，采用UV胶制备的微通道，灵敏度高于其它方法。综上与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明利用一定粘度的UV胶采用专用的点胶设备在基片上画出微通道，然后用专用的通道厚度控制支具或基片或盖片上的通道厚度控制结构，盖上盖片后，用UV灯照射10s即可固化，形成微通道的同时实现了基片与盖片的封接，成功实现了一定厚度通道的形成。

2、本发明的uv胶微通道形成方法，对盖片、基片材质要求不大，能够广泛应用，产业化不受限制。

3、本发明的微通道形成方法方便快速，便于操作。

4、本发明微盖片、基片封接过程中避免表面蛋白的变性，测定不受干扰，灵敏度高，通道厚度均一性好。

附图说明

图1是本发明一个实施例具有微通道的测试卡结构示意图。

图2是本发明一个实施例微通道测试卡侧面图。

图3是根据本发明一个实施例通道厚度控制装置放置结构示意图。

图4是根据本发明一个实施例通道厚度控制装置放置结构示意图。

图5是根据本发明一个实施例通道厚度控制装置放置结构示意图。

图6是根据本发明一个实施例通道厚度控制装置放置结构示意图。

图7是根据本发明一个实施例通道厚度控制装置放置结构示意图。

图8是根据本发明注入苋菜红溶液后的微通道示意图。

主要附图标记说明：

1-盖片，2-基片，3-通道厚度控制装置，4-夹层，5-微通道，6-定位孔，7-长方形凹槽，8-支撑件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

如图1，2，3所示，一种具有一定厚度微通道形成方法，包括自上而下的盖片1、基片2和通道厚度控制装置3，所述盖片1、基片2之间有夹层4，通道控制装置3控制夹层厚度。所述通道厚度控制装置3包括一长方形凹槽7，所述凹槽内设有支撑件8，所述支撑件8的高度大于基片2的厚度；所述基片2面积略小于通道厚度控制装置凹槽7面积，将一定厚度的基片1直接放置在凹槽7内，凹槽7边框上支撑件8卡住基片1；在基片上用uv胶画出微通道5，直至微通道5厚度达到支撑件8高出基片1部分的长度，再盖上盖片1，所述盖片1的面积等于通道厚度凹槽7的面积，将盖片1直接放置在支撑件8上。盖片与基片夹层4厚度就是微通道5厚度，固化即可实现盖片1与基片2快速封接成测试卡。

实施例2

如图1、2、4所示，一种具有一定厚度微通道形成方法，包括自上而下的盖片1、基片2和通道厚度控制装置3，所述盖片1、基片2之间有空腔夹层4，通道控制装置3控制夹层4厚度，所述盖片1、基片2、通道厚度控制装置3面积一致。所述通道厚度控制装置3包括一长方形凹槽7，所述凹槽7内设有支撑件8，所述支撑件8的高度大于基片2的厚度；所述基片2对应支撑件8相应位置设有定位孔6，将一定厚度的基片1放入通道厚度控制装置凹槽7，定位孔6直接穿过凹槽支撑件8，使通道厚度控制装置3与基片2连接在基片上用uv胶画出微通道5，直至微通道5厚度达到支撑件8高出基片1部分的长度，再盖上盖片1，盖片与基片夹层4厚度就是微通道5厚度，固化即可实现盖片1与基片2快速封接。

实施例3

图1、2、5所示，本发明的具有一定厚度微通道形成方法，包括自上而下的盖片1、通道厚度控制装置3、基片2，通道厚度控制装置3为设置在基片上表面的支撑件8，所述盖片1、基片2依靠支撑件8构成夹层4；在基片上用uv胶画出微通道5，直至微通道5厚度达到支撑件8高度，再盖上盖片1，盖片与基片夹层4厚度就是微通道5厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接成测试卡。

实施例4

图1、2、6所示本发明的另一种实施方式，

所述微通道形成方法，包括自上而下的盖片1、通道厚度控制装置3、基片2，所述的通道厚度控制装置3为设置在盖片下表面的支撑件8，所述带有支撑件8的盖片1直接盖在基片2上，所述盖片、基片依靠支撑件8之形成夹层4；在基片上用uv胶画出微通道5，直至微通道5厚度达到支撑件8高出基片1部分的长度，再盖上盖片1，盖片与基片夹层4厚度就是微通道5厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接成测试卡。

实施例5

图1、2、7所示本发明的另一种实施方式，本发明的具有一定厚度微通道形成方法，包括自上而下的盖片1、通道厚度控制装置3、基片2，通道厚度控制装置3为可移动地放置在基片上表面或盖片下表面的支撑件8，所述盖片1、基片2依靠支撑件8构成夹层4；在基片上用uv胶画出微通道5，直至微通道5厚度达到支撑件8高度，再盖上盖片1，盖片与基片夹层4厚度就是微通道5厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接成测试卡。

Claims (8)

1.一种微通道形成方法，其特征在于，包括盖片、基片，所述盖片与基片之间具有夹层；用胶在基板上画出微通道，所述微通道厚度等于夹层厚度，再盖上盖片，固化即可实现盖片与基片快速封接；

所述夹层厚度通过通道厚度控制装置控制；所述通道厚度控制装置包括一长方形凹槽，其规格与基板一致，所述凹槽内设有支撑件，所述支撑件的高度大于基片的厚度。

2.如权利要求1所述的微通道形成方法，其特征在于，包括自上而下的盖片、基片、通道厚度控制装置，所述盖片、基片之间具有夹层；将一定厚度的基片放入通道厚度控制装置凹槽内，在基片上点胶画出微通道，直至微通道厚度达到凹槽支撑件高出基片部分的长度，再盖上盖片后，盖片与基片夹层厚度就是微通道厚度，固化即可实现盖片与基片快速封接。

3.如权利要求1所述的微通道形成方法，其特征在于，所述通道厚度控制装置凹槽边框设有若干个支撑件，所述基片面积略小于凹槽面积，将基片直接放置在凹槽内，凹槽边框的支撑件卡住基片，且支撑件高度高于基片，所述盖片的面积等于凹槽的面积，将盖片直接放置在支撑件上。

4.如权利要求3所述的微通道形成方法，其特征在于，所述的通道厚度控制装置待盖片、基片封接后可取下。

5.如权利要求2所述的微通道形成方法，其特征在于，所述通道厚度控制装置凹槽内设置支撑件，所述基片对应支撑件相应位置设有定位孔，定位孔直接穿过凹槽支撑件使通道厚度控制装置与基片连接，支撑件高出基片。

6.如权利要求1或5所述的微通道形成方法，其特征在于，所述胶为uv胶。

7.如权利要求1或5所述的微通道形成方法，其特征在于，所述胶粘度为8000-25000CPS。

8.如权利要求1或5所述的微通道形成方法，其特征在于，所述微通道厚度为30um-300um。