CN108212234A - 一种微流控芯片加工方法以及用于加工该芯片的工具箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微流控芯片加工方法，主要步骤包括制备可溶性的微流控芯片模板；以首尾相连的方式转移至半固化状态的有机硅弹性体的表面；插入出入口端件；滴加连接剂；浇筑有机硅弹性体；浸泡溶解；去残；静置，得到中空结构的微流控芯片。还公开一种用于加工微流控芯片的工具箱，包括箱体和装于箱体内的内容物，所述内容物包括工具、试剂和原材料。本发明具有性能优良、加工步骤简单，加工速度快，成本低廉，不需依赖工具箱以外的实验条件优点，能够实现定制化微流控芯片的加工。
Description
技术领域
本发明属于微流控芯片制备领域，涉及一种微流控芯片加工方法以及用于加工该芯片的工具箱，特别是涉及一种使用可组装式可溶模块加工微流控芯片的方法及包含该方法所涉及全部材料和工具的工具箱。
背景技术
微流控芯片是指用尺度在微米尺度的微小管道操纵流体的装置。由于其具有微型化的特点，微流控芯片已经在化学、生物学、医学、材料科学等领域取得了广泛的应用。目前微流控芯片的加工方式主要有微机电系统(MEMS)技术，软光刻技术，注塑成型技术等。这些技术各有其优势，但具有加工成本高昂，步骤繁复，芯片结构不可快速更改的缺点，且需要昂贵的设备和专业的操作人员，给微流控芯片的广泛应用设置了障碍。因此，亟需一种能够快速、简便地加工微流控芯片的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中不足，提出一种微流控芯片加工方法以及用于加工该芯片的工具箱。本发明提供一种能便捷、快速地加工定制化微流控芯片的加工方法，并提供一种用于加工微流控芯片的工具箱。
本发明的第一个技术方案是：一种微流控芯片加工方法，包括如下步骤：
1)制备一种或若干种可溶性的微流控芯片模板；
2)将步骤1)中所述的微流控芯片模板以首尾相连的方式转移至半固化状态的有机硅弹性体的表面；
3)将出入口端件放置于所述微流控芯片模板出入端处；
4)将连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
5)将有机硅弹性体浇筑至所述步骤4)中得到连接后的微流控芯片模板上，并在加热或常温条件下固化，得到固化后的微流控芯片模板；
6)浸泡溶解：将所述步骤5)中得到固化后的微流控芯片模板浸泡于溶剂中；
7)去残：向出入口端件内通入气体或所述步骤6)中的溶剂；
8)在加热或负压或常温常压条件下静置，得到中空结构的微流控芯片。
所述步骤1)中微流控芯片模板固定于可剥离的基底上。
所述基底是具有低表面能的光滑平板材料，包括聚丙烯、聚四氟乙烯和离型纸。
所述步骤1)中微流控芯片模板的形状是可改变的。
所述步骤1)中微流控芯片模板选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中任一种材料。
所述步骤3)中出入口端件为柱形或四棱柱形结构。
所述步骤3)中出入口端件与微流控芯片模板材质相同。
所述步骤4)中连接剂为水性液体或水包油型聚合物乳液。
所述连接剂选自水、乙二醇、丙三醇、丙烯酸乳液和苯乙烯-丙烯酸乳液中任一种。
所述步骤6)中浸泡于溶剂中时间为4-24小时。
所述步骤7)中气体为空气或氮气。
所述步骤8)中静置时间在1-24小时。
本发明的第二个技术方案是：一种用于加工微流控芯片的工具箱，包括箱体和装于箱体内的内容物，所述内容物包括工具、试剂和原材料：
所述工具包括注射器，塑料器皿，玻璃器皿，镊子，剪刀；
所述试剂包括溶剂、连接剂、有机硅弹性体原料；
所述原材料包括基底、微流控芯片模板、出入口端件。
有益效果
本发明的微流控芯片加工方法及一种用于加工微流控芯片的工具箱，具有性能优良、加工步骤简单，加工速度快，成本低廉，不需依赖工具箱以外的实验条件优点，能够实现定制化微流控芯片的加工。
本发明能够用于实验环境受限条件下的微流控芯片应用场合，如临床诊断，药物筛查等，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是使用激光雕刻机加工可溶的微流控芯片模板示意图；
图2是转移微流控芯片模板示意图；
图3是放置出入口端件示意图；
图4是浇筑有机硅弹性体并固化后的微流控芯片半成品示意图；
图5是浸入溶剂中的微流控芯片半成品示意图；
图6是微流控芯片成品示意图。
附图标记：
1-外周可溶性聚合物薄膜，2-可溶性微流控芯片模板，3-模板基底，4-激光雕刻机，5-半固化的有机硅弹性体，6-出入口端件，7-固化的有机硅弹性体，8-装有溶剂的容器，9-微流控芯片半成品，10-中空通道结构。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
本发明一种微流控芯片的加工工具箱，用于加工微流控芯片，包括箱体和装于箱体内的内容物，包括箱体和装于箱体内的内容物，所述内容物包括工具、试剂和原材料：
所述工具包括注射器，塑料器皿，玻璃器皿，镊子，剪刀；
所述试剂包括溶剂、连接剂、有机硅弹性体原料；
所述原材料包括基底、微流控芯片模板、出入口端件。
实施例1
1)将平均相对分子质量为15万的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)涂覆在聚丙烯PP基底3上，形成聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；使用激光雕刻机4在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上雕刻使用计算机绘制的图形，由根据绘制好的CAD图像加工而成；将外周的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜1去除，得到可溶性微流控芯片模板2，如图1所示；
2)将道康宁公司的Sylgard 184弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并于80摄氏度固化15分钟，形成半固化的有机硅弹性体；
3)将所述步骤1)得到的微流控芯片模板以首尾相连的方式贴合至所述步骤2)中形成半固化的有机硅弹性体5表面，并将聚丙烯PP基底移除，得到排列好的微流控芯片模板，如图2所示；
4)将圆柱形的聚甲基丙烯酸甲酯材质的出入口端件6放置在所述步骤3)中排列好的微流控芯片模板的出入端处，如图3所示；
5)将主要成分为苯乙烯-丙烯酸共聚物乳液的连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
6)再将Sylgard 184弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并浇筑至所述步骤5)中连接后的微流控芯片模板上，并在80摄氏度固化1小时后为固化的有机弹性体7，得到固化后的微流控芯片半成品，如图4所示；
7)将所述步骤6)中得到的固化后的微流控芯片半成品9浸入装有溶剂为丙酮的容器8内，如图5所示。浸泡8小时后取出，此时所述出入口端件和所述微流控芯片模板均被丙酮溶解成为溶液，微流控芯片的出口和入口露出；
8)去残：用注射器向微流控芯片的出口或入口通入丙酮进一步溶解残余的出入口端件和微流控芯片模板，然后还可通入空气排空内部液体，得到中空通道结构10；
9)将所述步骤8)中得到中空通道结构10在常温常压下放置24小时，使得微流控芯片中的丙酮残留逸出，得到微流控芯片，如图6所示。
实施例2
1)将平均相对分子质量为10万的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)涂覆在聚四氟乙烯(PTFE)基底3上，形成丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物薄膜；使用激光雕刻机4在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物薄膜上雕刻使用计算机绘制的图形，由根据绘制好的CAD图像加工而成，微流控芯片模板的形状是可改变的；将外周的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物薄膜1去除，得到可溶性微流控芯片模板2，如图1所示；
2)将道康宁公司的Sylgard 184弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并于65摄氏度固化35分钟，形成半固化的有机硅弹性体；
3)将所述步骤1)得到的微流控芯片模板以首尾相连的方式贴合至所述步骤2)中形成半固化的有机硅弹性体5表面，并将聚四氟乙烯基底移除，得到排列好的微流控芯片模板，如图2所示；
4)将四棱柱形的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材质的出入口端件6放置在所述步骤3)中排列好的微流控芯片模板的出入端处，如图3所示；
5)将主要成分为丙烯酸乳液的连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
6)再将Sylgard 184弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并浇筑至所述步骤5)得到连接后的微流控芯片模板上，并在65摄氏度固化2小时后为固化的有机弹性体7，得到固化后的微流控芯片半成品，如图4所示；
7)将所述步骤6)中得到的固化后的微流控芯片半成品9浸入装有溶剂为乙酸乙酯的容器8内，如图5所示。浸泡4小时后取出，此时所述出入口端件和所述微流控芯片模板均被乙酸乙酯溶解成为溶液，微流控芯片的出口和入口露出；
8)去残：用注射器向微流控芯片的出口或入口通入乙酸乙酯进一步溶解残余的出入口端件和微流控芯片模板，然后还可通入氮气排空内部液体，得到中空通道结构10；
9)将所述步骤8)中得到中空通道结构10在95摄氏度下放置24小时，使得微流控芯片中的乙酸乙酯残留逸出，得到微流控芯片，如图6所示。
实施例3
1)将平均相对分子质量为10万的聚乳酸(PLA)涂覆在美国3M公司的1361离型纸的基底3上，形成聚乳酸薄膜；使用激光雕刻机4在聚乳酸薄膜上雕刻使用计算机绘制的图形，由根据绘制好的CAD图像加工而成；将外周的聚乳酸薄膜1去除，得到可溶性微流控芯片模板2，如图1所示；
2)将道康宁公司的Sylgard 184弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并于80摄氏度固化15分钟，形成半固化的有机硅弹性体；
3)将所述步骤1)得到的微流控芯片模板以首尾相连的方式贴合至所述步骤2)中形成半固化的有机硅弹性体5表面，并将1361离型纸移除，得到排列好的微流控芯片模板，如图2所示；
4)将圆柱形的聚乳酸材质的出入口端件6放置在所述步骤3)中排列好的微流控芯片模板的出入端处，如图3所示；
5)将主要成分为丙烯酸乳液的连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
6)再将Sylgard 184弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并浇筑至所述步骤5)得到连接后的微流控芯片模板上，并在80摄氏度固化1小时后为固化的有机弹性体7，得到固化后的微流控芯片半成品，如图4所示；
7)将所述步骤6)中得到的固化后的微流控芯片半成品9浸入装有三氯甲烷的容器8内，如图5所示。浸泡8小时后取出，此时所述出入口端件和所述微流控芯片模板均被三氯甲烷溶解成为溶液，微流控芯片的出口和入口露出；
8)去残：用注射器向微流控芯片的出口或入口通入三氯甲烷进一步溶解残余的出入口端件和微流控芯片模板，然后还可通入空气排空内部液体，得到中空通道结构10；
9)将所述步骤8)中得到中空通道结构10在80kPa的负压条件下放置8小时，使得微流控芯片中的三氯甲烷残留逸出，得到微流控芯片，如图6所示。
实施例4
1)将平均相对分子质量为4.8万的聚氯乙烯(PVC)涂覆在聚丙烯基底3上，形成聚氯乙烯薄膜；使用激光雕刻机4在聚氯乙烯薄膜上雕刻使用计算机绘制的图形，由根据绘制好的CAD图像加工而成；将外周的聚氯乙烯薄膜1去除，得到可溶性微流控芯片模板2，如图1所示；
2)将美国Momentive公司的RTV615弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并于80摄氏度固化15分钟，形成半固化的有机硅弹性体；
3)将所述步骤1)得到的微流控芯片模板以首尾相连的方式贴合至所述步骤2)中形成半固化的有机硅弹性体5表面，并将聚丙烯基底移除，得到排列好的微流控芯片模板，如图2所示；
4)将圆柱形的聚氯乙烯材质的出入口端件6放置在所述步骤3)中排列好的微流控芯片模板的出入端处，如图3所示；
5)将主要成分为丙三醇的甘油连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
6)再将RTV615弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并浇筑至所述步骤5)得到连接后的微流控芯片模板上，并在80摄氏度固化1小时后为固化的有机弹性体7，得到固化后的微流控芯片半成品，如图4所示；
7)将所述步骤6)中得到的固化后的微流控芯片半成品9浸入装有溶剂为四氢呋喃的容器8内，如图5所示。浸泡12小时后取出，此时所述出入口端件和所述微流控芯片模板均被四氢呋喃溶解成为溶液，微流控芯片的出口和入口露出；
8)去残：用注射器向微流控芯片的出口或入口通入四氢呋喃进一步溶解残余的出入口端件和微流控芯片模板，然后还可通入空气排空内部液体，得到中空通道结构10；
9)将所述步骤8)中得到中空通道结构10在80摄氏度下放置2小时，使得微流控芯片中的四氢呋喃残留逸出，得到微流控芯片，如图6所示。
实施例5
1)将平均相对分子质量为5万涂覆在聚丙烯基底3上，形成聚苯乙烯薄膜；使用激光雕刻机4在聚苯乙烯薄膜上雕刻使用计算机绘制的图形，由根据绘制好的CAD图像加工而成；将外周的聚苯乙烯薄膜1去除，得到可溶性微流控芯片模板2，如图1所示；
2)将美国Momentive公司的RTV615弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并于80摄氏度固化15分钟，形成半固化的有机硅弹性体；
3)将所述步骤1)得到的微流控芯片模板以首尾相连的方式贴合至所述步骤2)中形成半固化的有机硅弹性体5表面，并将聚丙烯基底移除，得到排列好的微流控芯片模板，如图2所示；
4)将圆柱形的聚苯乙烯材质的出入口端件6放置在所述步骤3)中排列好的微流控芯片模板的出入端处，如图3所示；
5)将主要成分为乙二醇的连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
6)再将RTV615弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并浇筑至所述步骤5)得到连接后的微流控芯片模板上，并在80摄氏度固化1小时后为固化的有机弹性体7，得到固化后的微流控芯片半成品，如图4所示；
7)将所述步骤6)中得到的固化后的微流控芯片半成品9浸入装有溶剂为甲苯的容器8内，如图5所示。浸泡8小时后取出，此时所述出入口端件和所述微流控芯片模板均被甲苯溶解成为溶液，微流控芯片的出口和入口露出；
8)去残：用注射器向微流控芯片的出口或入口通入甲苯进一步溶解残余的出入口端件和微流控芯片模板，然后还可通入空气排空内部液体，得到中空通道结构10；
9)将所述步骤8)中得到中空通道结构10在95摄氏度下放置2小时，使得微流控芯片中的甲苯残留逸出，得到微流控芯片，如图6所示。
实施例6
1)将平均相对分子质量未3.5万的聚碳酸酯(PC)涂覆在聚丙烯基底3上，形成聚碳酸酯薄膜；使用激光雕刻机4在聚碳酸酯薄膜上雕刻使用计算机绘制的图形，由根据绘制好的CAD图像加工而成；将外周的聚碳酸酯薄膜1去除，得到可溶性微流控芯片模板2，如图1所示；
2)将美国Momentive公司的RTV615弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并于80摄氏度固化15分钟，形成半固化的有机硅弹性体；
3)将所述步骤1)得到的微流控芯片模板以首尾相连的方式贴合至所述步骤2)中形成半固化的有机硅弹性体5表面，并将聚丙烯基底移除，得到排列好的微流控芯片模板，如图2所示；
4)将圆柱形的聚碳酸酯材质的出入口端件6放置在所述步骤3)中排列好的微流控芯片模板的出入端处，如图3所示；
5)将主要成分为水的连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
6)再将RTV615弹性体预聚物和固化剂以重量比10:1混合并浇筑至所述步骤5)得到连接后的微流控芯片模板上，并在80摄氏度固化1小时后为固化的有机弹性体7，得到固化后的微流控芯片半成品，如图4所示；
7)将所述步骤6)中得到的固化后的微流控芯片半成品9浸入装有溶剂为二氯甲烷的容器8内，如图5所示。浸泡24小时后取出，此时所述出入口端件和所述微流控芯片模板均被二氯甲烷溶解成为溶液，微流控芯片的出口和入口露出；
8)去残：用注射器向微流控芯片的出口或入口通入二氯甲烷进一步溶解残余的出入口端件和微流控芯片模板，然后还可通入空气排空内部液体，得到中空通道结构10；
9)将所述步骤8)中得到中空通道结构10在80摄氏度，50kPa负压条件下放置1小时，使得微流控芯片中的二氯甲烷残留逸出，得到微流控芯片，如图6所示。
本发明公开和揭示的所有组合可以通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明的组合已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。
Claims (13)
1.一种微流控芯片加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)制备一种或若干种可溶性的微流控芯片模板；
2)将步骤1)中所述的微流控芯片模板以首尾相连的方式转移至半固化状态的有机硅弹性体的表面；
3)将出入口端件放置于所述微流控芯片模板出入端处；
4)将连接剂滴加至所述微流控芯片模板之间的连接处以及所述微流控芯片模板与所述出入口端件的连接处，得到连接后的微流控芯片模板；
5)将有机硅弹性体浇筑至所述步骤4)中得到连接后的微流控芯片模板上，并在加热或常温条件下固化，得到固化后的微流控芯片模板；
6)浸泡溶解：将所述步骤5)中得到固化后的微流控芯片模板浸泡于溶剂中；
7)去残：向出入口端件内通入气体或所述步骤6)中的溶剂；
8)在加热或负压或常温常压条件下静置，得到中空结构的微流控芯片。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤1)中微流控芯片模板固定于可剥离的基底上。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述基底是具有低表面能的光滑平板材料，包括聚丙烯、聚四氟乙烯和离型纸。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤1)中微流控芯片模板的形状是可改变的。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤1)中微流控芯片模板选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯中任一种材料。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤3)中出入口端件为柱形或四棱柱形结构。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤3)中出入口端件与微流控芯片模板材质相同。
8.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤4)中连接剂为水性液体或水包油型聚合物乳液。
9.根据权利要求8所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述连接剂选自水、乙二醇、丙三醇、丙烯酸乳液和苯乙烯-丙烯酸乳液中任一种。
10.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤6)中浸泡于溶剂中时间为4-24小时。
11.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤7)中气体为空气或氮气。
12.根据权利要求1所述的微流控芯片加工方法，其特征在于，所述步骤8)中静置时间在1-24小时。
13.一种用于加工微流控芯片的工具箱，其特征在于，包括箱体和装于箱体内的内容物，所述内容物包括工具、试剂和原材料：
所述工具包括注射器、塑料器皿、玻璃器皿、镊子、剪刀；
所述试剂包括溶剂、连接剂、有机硅弹性体原料；
所述原材料包括基底、微流控芯片模板、出入口端件。
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