CN107497507B - 一种微流道结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流道结构，尤其是一种微流道结构及其制备方法，属于微流道的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述微流道结构，包括微流道衬底；还包括设置于微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层能在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列。本发明结构紧凑，能实现试剂中生物、化学相关物质在基底表面的图形化，制备工艺简单易行，适用的生物、化学物质范围广，衬底材料的可选择范围宽，具有普遍适用性，安全可靠。

Description

一种微流道结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种微流道结构，尤其是一种微流道结构及其制备方法，属于微流道的技术领域。

背景技术

随着生物、医学相关技术的发展，用于实现生物、化学物质检测的传感器技术应运而生，且在最近几年中得到了快速的发展。在生物、化学传感器中，实现生物相关物质，如细胞、DNA、蛋白等的快速、自动图形化分布是发展生物传感器、生物芯片的前提条件，在细胞生物学、疾病诊断、药物筛选和组织工程等方面具有重要的潜在应用。

现有的生物相关物质图形化一般采用如下两种技术：第一种是利用喷墨打印系统直接实现活体细胞、蛋白和核酸等物质在衬底上图形化；第二种方法是先在特定区域(图形区域)绑定特殊的束缚材料(如适配体，抗原、抗体，基团等)，随后采用一定的方法将生物物质吸附在这些特殊的束缚材料上，继而实现生物物质的图形化。对于第一种方法而言，图形化的精度受限于打印喷头的特征尺寸。在第二种技术中，通常需要在生物物质图形化之前先后采用软光刻和压印技术将束缚材料转移到衬底上，然后才能利用束缚材料和生物物质之间的绑定作用实现生物物质的图形化。这样一来，图形化过程被复杂化，难以适应多方面的应用需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种微流道结构及其制备方法，其结构紧凑，能实现试剂中生物相关物质在基底表面图形位置的图形化，制备工艺简单易行，适用的生物物质范围广，衬底材料的可选择范围宽，具有普遍适用性，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述基于烛灰纳米颗粒的微流道结构，包括微流道衬底；还包括设置于微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层能在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列。

在所述微流道衬底上还设有上金属镜面反射层，所述图形化烛灰纳米颗粒层支撑于所述上金属镜面反射层上，在所述微流道衬底的背面还设置光热吸收结构和/或光热反射结构。

在所述图形化烛灰纳米颗粒层上设置致密薄膜保护层，所述致密薄膜保护层覆盖在图形化烛灰纳米颗粒层上以及图形化烛灰纳米颗粒层的侧壁。

所述致密薄膜保护层还覆盖在表面微流道阵列的微流道内、微流道衬底的上表面、微流道衬底的侧面，且能对微流道衬底的背面区域进行全包裹。

所述光热反射结构包括设置于微流道衬底背面的下金属镜面反射层，所述光热吸收结构包括设置于所述下金属镜面反射层上的下烛灰纳米颗粒吸收层。

在所述微流道衬底上方设有盖板，所述盖板的下表面设有盖板金属镜面反射层，在盖板的上表面设置盖板吸热烛灰纳米颗粒层，盖板的盖板金属镜面反射层上设有若干样品匹配基团；盖板压盖在微流道衬底上方时，样品匹配基团位于微流道衬底的表面微流道阵列对应的表面微流道正上方。

所述致密薄膜保护层包括ParyleneC(聚对二甲苯)，所述致密薄膜保护层的厚度为50nm～10μm。

所述微流道衬底包括硅衬底、玻璃衬底、载玻片、金属、聚合物、柔性基底或表面设置有支撑层的薄膜衬底，所述薄膜衬底的支撑层为硅、氧化硅、氮化硅、氮化钛、多晶硅、聚合物或金属中的一种、两种或多种组合。

一种基于烛灰纳米颗粒的微流道结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

a、提供微流道衬底，并在所述微流道衬底上设置所需的衬底图形模具，所述衬底图形模具贴合在微流道衬底上，衬底图形模具内设有贯通所述衬底图形模具的反微流道图形；

b、在上述衬底图形模具上制备模具烛灰纳米颗粒层，所述模具烛灰纳米颗粒层覆盖在衬底图形模具上，且覆盖在衬底图形模具的反微流道图形内；

c、将微流道衬底上的衬底图形模具移除，以得到位于微流道衬底上图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列。

在微流道衬底上制备模具烛灰纳米颗粒层时，通过点燃的蜡烛或通过收集的烛灰纳米颗粒；

通过点燃的蜡烛制备模具烛灰纳米颗粒层时，将衬底图形模具朝下，并将点燃的蜡烛置于衬底图形模具下方，且让蜡烛的火焰与衬底图形模具接触；移动蜡烛，以使得模具烛灰纳米颗粒层覆盖在衬底图形模具上，且覆盖在衬底图形模具的反微流道图形内；

通过收集的烛灰纳米颗粒制备模具烛灰纳米颗粒层时，将收集的烛灰纳米颗粒采用喷涂、旋涂或滴定方式设置在衬底图形模具上，且覆盖在衬底图形模具的反微流道图形内。

所述微流道衬底上还设有上金属镜面反射层，衬底图形模具贴合在所述上金属镜面反射层上；将衬底图形模具从微流道衬底上移除时，图形化烛灰纳米颗粒层支撑于上金属镜面反射层上。

在所述图形化烛灰纳米颗粒层上设置致密薄膜保护层，所述致密薄膜保护层覆盖在图形化烛灰纳米颗粒层上以及图形化烛灰纳米颗粒层的侧壁。

在所述微流道衬底的背面还设置光热吸收结构和/或光热反射结构；所述光热反射结构包括设置于微流道衬底背面的下金属镜面反射层，所述光热吸收结构包括设置于所述微流道衬底背面下方的下烛灰纳米颗粒吸收层；

致密薄膜保护层能对图形化烛灰纳米颗粒层、上金属镜面反射层、微流道衬底、下金属镜面反射层以及下烛灰纳米颗粒吸收层进行全包裹。

在所述微流道衬底上方设有盖板，所述盖板的下表面设有盖板金属镜面反射层，在盖板的上表面设置盖板吸热烛灰纳米颗粒层，盖板的盖板金属镜面反射层上设有若干样品匹配基团；盖板压盖在微流道衬底上方时，样品匹配基团位于微流道衬底的表面微流道阵列对应的表面微流道正上方。

所述表面微流道阵列内表面微流道的形状包括直线型、T字型、Y字型或枝杈网络型。

本发明的优点：在微流道衬底上设置图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层和微流道衬底之间的亲疏水差异能在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列，通过形成的表面微流道阵列能实现试剂中生物相关物质在基底表面图形位置的图形化，制备工艺简单易行，适用的生物物质范围广，衬底材料的可选择范围宽，具有普遍适用性，安全可靠。

附图说明

图1～图7为本发明实施例1中具体实施工艺步骤的示意图，其中，

图1为本发明基本衬底的剖视图。

图2为本发明将基本衬底图形模具紧贴在基本衬底上的剖视图。

图3为本发明利用点燃的蜡烛制备基本衬底模具烛灰纳米颗粒层的示意图。

图4为本发明采用收集的烛灰纳米颗粒直接制备基本衬底模具烛灰纳米颗粒层的示意图。

图5为本发明得到基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层的示意图。

图6为本发明利用基本衬底致密薄膜保护层对微流道衬底进行覆盖包裹的示意图。

图7为本发明得到表面微流道阵列的俯视图。

图8～图16为本发明实施例2中具体实施工艺步骤的示意图，其中，

图8为本发明在镜面衬底上分别设置上金属镜面反射层与下金属镜面反射层后的剖视图。

图9为本发明在下金属镜面反射层上制备下烛灰纳米颗粒吸收层后的示意图。

图10为本发明在上金属镜面反射层上制备镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层后的示意图。

图11为本发明得到镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层后的示意图。

图12为本发明利用镜面衬底致密薄膜保护层进行覆盖包裹后的示意图。

图13为本发明得到隔热型表面微流道阵列的俯视图。

图14为本发明在盖板上表面得到盖板吸热烛灰纳米颗粒层后的示意图。

图15为本发明在盖板下表面得到样品匹配基团后的示意图。

图16为本发明将盖板压盖在设置有隔热型表面微流道的镜面衬底上方后的示意图。

附图标记说明：1-基本衬底、2-基本衬底图形模具、3-火焰、4-蜡烛、5-基本衬底模具烛灰纳米颗粒层、6-基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层、7-基本衬底致密薄膜保护层、8-基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层窗口、9-入液口、10-流通道、11-镜面衬底、12-上金属镜面反射层、13-下金属镜面反射层、14-下烛灰纳米颗粒吸收层、15-镜面衬底图形模具、16-镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层、17-镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层窗口、18-镜面衬底致密薄膜保护层、19-盖板吸热烛灰纳米颗粒层、20-样品匹配基团、21-盖板、22-盖板金属镜面反射层以及23-出液口与24-镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了能实现试剂中生物相关物质在表面图形位置的图形化，本发明包括微流道衬底；还包括设置于微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层能在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列。

具体地，在微流道衬底上设置图形化烛灰纳米颗粒层，利用图形化烛灰纳米颗粒层能在微流道衬底上方形成表面微流道阵列，表面微流道阵列内包括若干表面微流道，一般地，表面微流道的形状包括直线型、T字型、Y字型或枝杈网络型。表面微流道具有入液口9、出液口23以及流通道10，入液口9通过流通道10与出液口23连通。所述入液口9、出液口23以及流通道10为贯通图形化烛灰纳米颗粒层的窗口区域。

本发明实施例中，由于图形化烛灰纳米颗粒层的超疏水特性(由于碳材料本身的疏水特征，以及图形化烛灰纳米颗粒层所形成的膜层表面的起伏结构，使之与液体的接触角可达到165°，甚至更高)，而未附着图形化烛灰纳米颗粒层的微观或宏观结构区域由于相对亲水，因此，由未附着图形化烛灰纳米颗粒层的微观或宏观结构区域和图形化烛灰纳米颗粒层共同构成表面微流道阵列。在所述表面微流道阵列中，当液体与之接触时，由于亲疏水性的差异，液体很容易被限制在表面微流道内，并向前流动。

当图形化烛灰纳米颗粒层设置于微流道衬底上时，图形化烛灰纳米颗粒层为裸露状态，且图形化烛灰纳米颗粒层内部的碳纳米颗粒间的连接较为疏松，但疏水性已经可以得到保障。以水为例，当水滴接触到图形化烛灰纳米颗粒层时，形成大于160°的接触角；水滴自身的重力以及其向前滚动时对图形化烛灰纳米颗粒层造成的压力，会驱使图形化烛灰纳米颗粒层内部碳纳米颗粒之间的连接链条断开，于是，由于表面张力的作用，部分碳纳米颗粒会附着在水滴表面，甚至由于浮力作用进入到水滴内部而被水滴带走。即水在表面微流道内流动的过程中，利用图形化烛灰纳米颗粒层构成流通道10侧壁的碳纳米颗粒会被水体逐渐带走，表面微流道逐步被破坏的同时，也污染了表面微流道内流动的液体。

为了能对由图形化烛灰纳米颗粒层形成的表面微流道进行保护，本发明实施例中，在所述图形化烛灰纳米颗粒层上设置致密薄膜保护层，所述致密薄膜保护层覆盖在图形化烛灰纳米颗粒层上以及图形化烛灰纳米颗粒层的侧壁。利用致密薄膜保护层能对图形化烛灰纳米颗粒层进行全方位的包裹，从而可以对图形化烛灰纳米颗粒层内的烛灰纳米颗粒层进行有效保护。具体实施时，致密薄膜保护层可以采用Parylene C(聚对二甲苯)淀积制备得到，致密薄膜保护层还可以采用其他材料制成，所述致密薄膜保护层的材料以能实现对图形化烛灰纳米颗粒层内烛灰纳米颗粒层进行有效保护，同时不改变表面微流道内外部的亲疏水差异性为准，致密薄膜保护层的具体材料类型此处不再一一列举。

下面通过实施例1和实施例2对不同情况的微流道衬底、图形化烛灰纳米颗粒层等进行详细的说明。

实施例1

如图6和图7所示，通过基本衬底1形成微流道衬底，在所述基本衬底1上设置基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6，即通过基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6形成微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层。利用基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6在基本衬底1上形成表面微流道阵列，图7中，表面微流道阵列内表面微流道采用直线型。形成的表面微流道阵列中，在基本衬底1上未覆盖基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6的区域能形成表面微流道。

在所述基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6上还可以设置基本衬底致密薄膜保护层7，即通过基本衬底致密薄膜保护层7形成微流道衬底上的致密薄膜保护层；基本衬底致密薄膜保护层7可以仅对基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6进行包裹，也可以对基本衬底1进行包裹；当基本衬底致密保护层7对基本衬底1进行包裹时，基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6以及基本衬底1均包裹于基本衬底致密薄膜保护层7内，即基本衬底致密薄膜保护层7不仅覆盖基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6的表面、基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6的侧壁、基本衬底1的侧面以及基本衬底1的背面，且基本衬底致密薄膜保护层7还覆盖表面微流道内，利用基本衬底致密薄膜保护层7能避免液体流动形成的力及其它作用力对表面微流道的破坏。

如图1～图7所示，上述结构的微流道结构，可以通过下述工艺步骤形成，具体工艺包括如下步骤：

步骤1、提供基本衬底1，并在所述基本衬底1的正面设置基本衬底图形模具2，所述基本衬底图形模具2紧贴在基本衬底1的正面；

具体实施时，基本衬底1的材料包括硅衬底、玻璃衬底、载玻片、金属(所述金属可以为铝、铜、不锈钢、铁、金、银、镍、钛，及其它常用金属)、聚合物(聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯等)、柔性基底或表面设置有支撑层的薄膜衬底，所述薄膜衬底的支撑层为硅、氧化硅、氮化硅、氮化钛、多晶硅、聚合物或金属中的一种、两种或多种组合。

如图1和图2所示，基本衬底图形模具2可以采用3D打印的模具，也可以是PDMS等柔性材料或半导体基底材料按照微流道的图形设置的模具，基本衬底图形模具2中含有通孔状反微流道图形，以利用所述通孔状的反微流道图形能形成所需的微流道图形，由反微流道图形构建的微流道图形其宽度范围为1微米到5毫米，深度范围为1微米到5毫米(以穿通基本衬底图形模具2的深度为准)，长度范围为10微米到10厘米。基本衬底图形模具2内的反微流道图形可以根据需要进行选择或配置，具体反微流道图形选择或配置的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。基本衬底图形模具2可以采用本技术领域常用的技术手段实现与基本衬底1正面的紧密贴合。

步骤2、在上述基本衬底图形模具2上制备基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5，所述基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5覆盖在基本衬底图形模具2上，且覆盖在基本衬底图形模具2内的微流道图形内；

本发明实施例中，在基本衬底1上制备基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5时，通过点燃的蜡烛4或通过收集的烛灰纳米颗粒；

如图3所示，通过点燃的蜡烛4制备基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5时，将基本衬底图形模具2朝下，并将点燃的蜡烛4置于衬底图形模具2下方，且让蜡烛4的火焰3与基本衬底图形模具2接触；移动蜡烛4，以使得基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5覆盖在基本衬底图形模具2上，且覆盖在基本衬底图形模具2的反微流道图形内；

一般地，对蜡烛4采用水平移动，蜡烛4的移动速度为1mm/s～5cm/s，在蜡烛4的火焰3与基本衬底图形模具2接触中，避免火焰3的高温对基本衬底图形模具2以及基本衬底1表面的破坏。基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5的厚度为0.5μm～50μm，覆盖在基本衬底图形模具2的反微流道图形内的基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5与基本衬底1接触。

如图4所示，通过收集的烛灰纳米颗粒制备基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5时，将收集的烛灰纳米颗粒采用喷涂、旋涂或滴定方式设置在基本衬底图形模具2上，且覆盖在基本衬底图形模具2的反微流道图形内。

本发明实施例中，采用本技术领域常用的技术手段实现在溶液中收集烛灰纳米颗粒，将所需浓度的烛灰纳米颗粒采用喷涂、旋涂或滴定到基本衬底图形模具2的上表面，使得基本衬底图形模具2等被带有烛灰纳米颗粒的液体覆盖。基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5的厚度通过溶液中颗粒的浓度、喷涂、旋涂和滴定工艺的具体参数进行控制，具体为本技术领域人员熟知，此处不再赘述。当然，具体实施时，还可以采用其他方式制备得到基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5，具体制备工艺或方式此处不再一一列举，只要能实现基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5的制备即可。

步骤3、将基本衬底1上的基本衬底图形模具2移除，以得到位于基本衬底1上基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6，利用所述基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6能在基本衬底上形成所需的表面微流道阵列。

本发明实施例中，采用本技术领域常用的技术手段实现基本衬底图形模具2的移除，由于基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5既覆盖在基本衬底图形模具2上，也覆盖在基本衬底图形模具2的反微流道图形内，当基本衬底图形模具2移除后，利用覆盖在基本衬底图形模具2的反微流道图形内的基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5能形成基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6。由于基本衬底1上存在基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6覆盖的区域以及未被基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6覆盖的区域，从而利用基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6能在基本衬底1上形成表面微流道阵列，如图5所示。在所得到的表面微流道阵列中，表面微流道之间可以相同或存在差异，具体主要根据基本衬底图形模具2的反微流道图形进行选择与控制。

基本衬底1上未被基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6覆盖的区域形成基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层窗口8，所述基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层窗口8由基本衬底图形模具2的区域形成，基本衬底图形模具2内的反微流道图形能形成表面微流道对应的侧壁；即利用位于基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6内的基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层窗口8能形成表面微流道。对于移除的基本衬底图形模具2，可以通过去离子水超声清洗的方法去除上面的基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5，而在完全去除基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5后，基本衬底图形模具2可以循环多次使用。

在上述利用基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6在基本衬底1上形成表面微流道阵列后，为了避免对表面微流道的破坏，可以设置基本衬底致密薄膜保护层7，基本衬底致密薄膜保护层7可以仅覆盖基本衬底图形化烛灰纳米颗粒层6以及对应的侧壁，还可以对基本衬底图形烛灰纳米颗粒层6以及基本衬底1进行全覆盖，如图6所示。基本衬底致密薄膜保护层7可以采用本技术领域常用的淀积方法制备得到，基本衬底致密薄膜保护层7的厚度为50nm到10μm。

实施例2

光或热会造成生物样品失去活性，或使化学样品性质发生变化。实施例1虽然实现了自驱动表面微流道，但没有过多考虑隔离光和热的作用，在实施例1中，微流道内的生物物质仍可能受光或热的影响。

如图11、图12和图16所示，为了减少光或热对表面微流道内随着液体流动的生物、化学物质性质的影响，本发明实施例中，通过镜面衬底11形成微流道衬底，在镜面衬底11的正面设置上金属镜面反射层12，在上金属镜面反射层12上形成镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24，即利用镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24形成微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层。利用上金属镜面反射层12可以有效反射光线，上金属镜面反射层12的材料可以为与微加工工艺兼容的所有金属，包括铝、金、银或铜，上金属镜面反射层12的厚度为10纳米到10微米。当镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24设置在上金属镜面反射层12上后，利用镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24的疏水特性，以及上金属镜面反射层12的相对亲水特性，能形成表面微流道阵列，所形成表面微流道阵列的原理以及表面微流道阵列的具体情况，均可以参考实施例1的说明，此处不再赘述。镜面衬底11的具体材料类型以及结构，可以与基本衬底1的材料类型以及结构相一致或相似，具体可以参考基本衬底1的说明，此处不再赘述。

为了能进一步地减少光或热的影响，可以在镜面衬底11的背面设置光热吸收结构和/或光热反射结构。所述光热反射结构包括设置于微流道衬底背面的下金属镜面反射层13，所述光热吸收结构包括设置于所述下金属镜面反射层13上的下烛灰纳米颗粒吸收层14。当镜面衬底11的背面仅存在光热吸收结构时，下烛灰纳米颗粒吸收层14直接覆盖在镜面衬底11的背面。一般地，下金属镜面反射层13与上金属镜面反射层12相互平行，下金属镜面反射层13的材料类型与上金属镜面反射层12的材料类型相一致，下金属镜面反射层13与上金属镜面反射层12的材料相同或采用相似的材料，此处不再赘述。

为了避免对表面微流道的破坏，与实施例1类似，可以设置镜面衬底致密薄膜保护层18，即利用镜面衬底致密薄膜保护层18形成微流道衬底上方的致密薄膜保护层。镜面衬底致密薄膜保护层18可以仅对镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24进行覆盖与包裹，也可以对整个微流道结构进行全包裹。当进行全包裹时，通过镜面衬底致密薄膜保护层18能将镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24、上金属镜面反射层12、下金属镜面反射层13以及下烛灰纳米颗粒吸收层14与镜面衬底11进行全方位的包裹，即均位于镜面衬底致密薄膜保护层18内，此时，镜面衬底致密薄膜保护层18也覆盖在表面微流道内。

进一步地，在所述微流道衬底上方设有盖板21，所述盖板21的下表面设有盖板金属镜面反射层22，在盖板21的上表面设置盖板吸热烛灰纳米颗粒层19，盖板21下表面的盖板金属镜面反射层22上设有若干样品匹配基团20；盖板21压盖在微流道衬底上方时，样品匹配基团20位于微流道衬底的表面微流道阵列对应的表面微流道正上方。

本发明实施例中，盖板金属镜面反射层22的材料类型以及作用与上金属镜面反射层12、下金属镜面反射层13相一致，盖板21可选的材料类型与基本衬底1、镜面衬底11相一致，可以参考上述说明，此处不再一一列举。样品匹配基团20可以通过浸泡、喷涂静置的方法设置在盖板21下表面的盖板金属反射层22上。样品匹配基团20可以整片覆盖盖板金属镜面反射层22，也可以只沿着微流道位置图形化，甚至可以在微流道图形内部进行特定的局域图形化。也可以不同区域设置不同的样品匹配基团20。

在对生物样品进行测试的过程中，样品匹配基团20相当于抗体，生物样品相当于抗原，抗原与抗体的结合，可反映出抗原的种类和数量。相对应的，根据样品匹配基团20与化学样品之间的反应，可反映出化学样品的种类和浓度信息。

具体实施时，当光和/或热从表面微流道阵列上方射向表面微流道阵列时，入射热量可以被盖板吸热烛灰纳米颗粒层19吸收，未被吸收的热和光在穿过盖板21后被盖板金属镜面反射层22反射，反射之后的光会再次被盖板21以及盖板吸热烛灰纳米颗粒层19吸收，从而能避免上方入射的光和热对表面微流道阵列内的生物样品、化学样品等的影响。

当光和/热从表面微流道阵列下方射向表面微流道阵列时，入射热量可以被下烛灰纳米颗粒吸收层14吸收以及下金属镜面反射层13进行反射，有效避免下方入射的光和热对表面微流道阵列的影响，实现对表面微流道阵列内生物、化学样品等的全方位光/热屏蔽，提高检测的有效性和精度。

如图8～图16所示，上述结构的微流道结构，可以通过下述工艺步骤制备得到，具体包括如下步骤：

步骤S1、提供镜面衬底11，并在镜面衬底11的上表面设置上金属镜面反射层12，在镜面衬底11的下表面设置下金属镜面反射层13，如图8所示；

步骤S2、在下金属镜面反射层13上设置下烛灰纳米颗粒吸收层14，并在上金属镜面反射层12上设置镜面衬底图形模具15，镜面衬底图形模具15的作用与实施例1中基本衬底图形模具2相一致，镜面衬底图形模具15的具体相关说明可以参考基本衬底图形模具2的说明，此处不再赘述。镜面衬底图形模具15紧贴在上金属镜面反射层12上后，可以在镜面衬底图形模具15上制备镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层16，镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层16覆盖在镜面衬底图形模具15上以及镜面衬底图形模具15内的反微流道图形内。

具体实施时，镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层16的制备过程可以参考实施例1中基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5的制备过程说明，图10中示出了采用点燃的蜡烛4制备得到的镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层16的情况。镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层16的厚度为0.5μm～50μm。此外，镜面衬底11的背面也可以仅设置下金属镜面反射层13或下烛灰纳米颗粒吸收层14，具体可以根据需要进行选择确定。可以采用点燃的蜡烛4或收集的烛灰纳米颗粒制备得到下烛灰纳米颗粒吸收层14，具体可以参考基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5的制备过程说明。

步骤S3、移除镜面衬底图形模具15，以在上金属镜面反射层12上得到镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24；镜面衬底图形模具15可以采用本技术领域常用的技术手段移除，并在移除后利用去离子水超声清洗。在移除镜面衬底图形模具15后，通过覆盖镜面衬底图形模块15的反微流道图形的镜面衬底模具烛灰纳米颗粒层16能形成镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24，如图11所示。

在得到镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24后，利用镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24与上金属镜面反射层12之间的亲疏水性差异，能形成所需的表面微流道阵列。利用下烛灰纳米颗粒吸收层14、下金属镜面反射层13以及上金属镜面反射层12的共同作用，能有效避免光和热对表面微流道阵列内物质检测过程的影响。

为了避免对表面微流道的破坏，可以在镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24上设置镜面衬底致密薄膜保护层18，镜面衬底致密薄膜保护层18可以仅覆盖包裹镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24以及所述镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24对应的侧壁，也可以对镜面衬底图形化烛灰纳米颗粒层24、表面微流道阵列、镜面衬底11以及下烛灰纳米颗粒吸收层14进行全包裹，如图12和图13所示。镜面衬底致密薄膜保护层18具体的保护作用以及材料类型等说明，均可以参考实施例1中基本衬底致密薄膜保护层7的说明，此处不再赘述。

为了能减少或避免光和热从正面对表面微流道阵列检测生物、化学物质时的影响，还可以在镜面衬底11上方设置盖板21。在盖板21的下表面设置盖板金属镜面反射层22，在盖板21的上表面设置盖板吸热烛灰纳米颗粒层19，盖板吸热烛灰纳米颗粒层19的具体制备可以参考基本衬底模具烛灰纳米颗粒层5的制备过程，此处不再赘述。盖板21的大小与镜面衬底11适配，为了方便实现检测操作，还可以在盖板金属镜面反射层22上设置样品匹配基团20，样品匹配基团20的具体类型、具体制备方法以及具体装配于盖板金属镜面反射层22下表面的过程均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

将盖板21压盖在镜面衬底11上，盖板21支撑在镜面衬底致密薄膜保护层18上，样品匹配基团20位于表面微流道阵列相对应表面微流道的正上方，便于利用样品匹配基团20对生物样品、化学样品等的检测。在检测时，利用盖板吸热烛灰纳米颗粒层19以及盖板金属镜面反射层22能避免光和热对表面微流道阵列的影响。利用样品匹配基团20与表面微流道阵列内生物样品、化学样品等实施检测的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

Claims (7)

1.一种微流道结构，包括微流道衬底；其特征是：还包括设置于微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层能在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列；

表面微流道阵列内包括若干表面微流道，表面微流道的形状包括直线型、T字型、Y字型或枝杈网络型；表面微流道具有入液口（9）、出液口（23）以及流通道（10），入液口（9）通过流通道（10）与出液口（23）连通；所述入液口（9）、出液口（23）以及流通道（10）为贯通图形化烛灰纳米颗粒层的窗口区域；

在所述图形化烛灰纳米颗粒层上设置致密薄膜保护层，所述致密薄膜保护层覆盖在图形化烛灰纳米颗粒层上以及图形化烛灰纳米颗粒层的侧壁；

所述致密薄膜保护层包括Parylene C，所述致密薄膜保护层的厚度为50nm~10μm；

所述微流道衬底包括硅衬底、玻璃衬底、载玻片、金属、聚合物、柔性基底或表面设置有支撑层的薄膜衬底，所述薄膜衬底的支撑层为硅、氧化硅、氮化硅、氮化钛、多晶硅、聚合物或金属中的一种、两种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的微流道结构，其特征是：在所述微流道衬底上还设有上金属镜面反射层（12），所述图形化烛灰纳米颗粒层支撑于所述上金属镜面反射层（12）上，在所述微流道衬底的背面还设置光热吸收结构和/或光热反射结构。

3.根据权利要求1或2所述的微流道结构，其特征是：在所述微流道衬底上方设有盖板（21），所述盖板（21）的下表面设有盖板金属镜面反射层（22），在盖板（21）的上表面设置盖板吸热烛灰纳米颗粒层（19），盖板（21）的盖板金属镜面反射层（22）上设有若干样品匹配基团（20）；盖板（21）压盖在微流道衬底上方时，样品匹配基团（20）位于微流道衬底的表面微流道阵列对应的表面微流道正上方。

4.一种微流道结构的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：

（a）、提供微流道衬底，并在所述微流道衬底上设置所需的衬底图形模具，所述衬底图形模具贴合在微流道衬底上，衬底图形模具内设有贯通所述衬底图形模具的反微流道图形；

（b）、在上述衬底图形模具上制备模具烛灰纳米颗粒层，所述模具烛灰纳米颗粒层覆盖在衬底图形模具上，且覆盖在衬底图形模具的反微流道图形内；

（c）、将微流道衬底上的衬底图形模具移除，以得到位于微流道衬底上的图形化烛灰纳米颗粒层，利用所述图形化烛灰纳米颗粒层能在微流道衬底上形成所需的表面微流道阵列；

在所述图形化烛灰纳米颗粒层上设置致密薄膜保护层，所述致密薄膜保护层覆盖在图形化烛灰纳米颗粒层上以及图形化烛灰纳米颗粒层的侧壁。

5.根据权利要求4所述的微流道结构的制备方法，其特征是，步骤（b）中，通过点燃的蜡烛（4）或通过收集的烛灰纳米颗粒在微流道衬底上制备模具烛灰纳米颗粒层；

通过点燃的蜡烛（4）制备模具烛灰纳米颗粒层时，将衬底图形模具朝下，并将点燃的蜡烛（4）置于衬底图形模具下方，且让蜡烛（4）的火焰（3）与衬底图形模具接触；移动蜡烛（4），以使得模具烛灰纳米颗粒层覆盖在衬底图形模具上，且覆盖在衬底图形模具的反微流道图形内；

通过收集的烛灰纳米颗粒制备模具烛灰纳米颗粒层时，将收集的烛灰纳米颗粒采用喷涂、旋涂或滴定方式设置在衬底图形模具上，且覆盖在衬底图形模具的反微流道图形内；

所述微流道衬底上还设有上金属镜面反射层（12），衬底图形模具贴合在所述上金属镜面反射层（12）上；将衬底图形模具从微流道衬底上移除时，图形化烛灰纳米颗粒层支撑于上金属镜面反射层（12）上。

6.根据权利要求4所述的微流道结构的制备方法，其特征是，在所述微流道衬底的背面还设置光热吸收结构和/或光热反射结构；所述光热反射结构包括设置于微流道衬底背面的下金属镜面反射层（13），所述光热吸收结构包括设置于所述微流道衬底背面下方的下烛灰纳米颗粒吸收层（14）；

致密薄膜保护层能对图形化烛灰纳米颗粒层、上金属镜面反射层（12）、微流道衬底、下金属镜面反射层（13）以及下烛灰纳米颗粒吸收层（14）进行全包裹。

7.根据权利要求4所述的微流道结构的制备方法，其特征是，在所述微流道衬底上方设有盖板（21），所述盖板（21）的下表面设有盖板金属镜面反射层（22），在盖板（21）的上表面设置盖板吸热烛灰纳米颗粒层（19），盖板（21）的盖板金属镜面反射层（22）上设有若干样品匹配基团（20）；盖板（21）压盖在微流道衬底上方时，样品匹配基团（20）位于微流道衬底的表面微流道阵列对应的表面微流道正上方；

所述表面微流道阵列内表面微流道的形状包括直线型、T字型、Y字型或枝杈网络型。