CN108313977A - 一种可扩展的套管型微流控芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：S1：将与通道尺寸匹配的预置物放入PDMS预聚物中，加热聚合PDMS，裁成PDMS块；S2：将预置物移除，留出放置通道的管槽，管槽具有两个管口；S3：使用倒角打磨后的点胶针筒，在PDMS块垂直于管槽的方向上开通孔；S4：将PDMS块开孔的两面分别与基底和顶层键合，其中顶层预置有加样孔；S5：从管槽的一个管口插入内径均匀的毛细玻璃管，从管槽的另一个管口插入预拉尖的毛细玻璃管，完成单级套管型微流控芯片的制作；S6：复用所述毛细玻璃管，重复步骤S5，形成多级套管结构。本发明有效降低了套管型微流控芯片制作的操作难度和经济成本。
Description
技术领域
本发明涉及微流控领域，特别是涉及一种可扩展的套管型微流控芯片的制备方法。
背景技术
近年来，基于微加工技术的微流控芯片技术由于具有分析速度快、试剂消耗少、易于集成和高通量分析等诸多优点，成为近年来炙手可热的前沿分析技术之一，为研究药物活性中药物靶点的选择、药物筛选、临床前试验及剂量的确定等提供了新的平台。
微流控技术与以往宏观的液体操作技术相比，其独特优势在于在微尺度下，液体的流动特性发生改变，如低雷诺数的层流现象、液滴的操纵等。传统的微流控芯片一般是平面结构，即各通道高度相同，故而在通道的交叉处，液体之间只能通过面积很小的侧边相互接触，这给许多微流控的应用带来不便。如需要同轴的圆柱形层流，均匀的液滴产生等场合，平面结构芯片效果往往不尽如人意。因而人们将毛细玻璃管引入到了微流控芯片中。毛细玻璃管具有成本低廉，透光性好，便于修饰，易于加工等优越特点，且不需要制作昂贵的微流控芯片模板，在3D同轴打印和微液滴操纵等领域得到了广泛应用。
现有的毛细管套管结构一般利用针头等结构作为固定支架和储液腔，需要在底座上打孔以插入毛细玻璃管，套管耦合时需要显微镜下的同轴对准操作，最后还需要精确控制的胶水固定。这些复杂的操作与毛细玻璃套管本身简单方便的优越性相悖，阻碍了此类微流控芯片的推广。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，降低套管型微流控芯片制作的操作难度和经济成本，本发明提供了一种自对准、免固定、可扩展的套管型微流控芯片制作方法。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1：将与通道尺寸匹配的预置物放入PDMS预聚物中，加热聚合PDMS，裁成PDMS块；
S2：将预置物移除，留出放置通道的管槽，管槽具有两个管口；
S3：使用倒角打磨后的点胶针筒，在PDMS块垂直于管槽的方向上开通孔；
S4：将PDMS块开孔的两面分别与基底和顶层键合，其中顶层预置有加样孔；
S5：从管槽的一个管口插入内径均匀的毛细玻璃管，从管槽的另一个管口插入尖端预拉尖的毛细玻璃管，完成单级套管型微流控芯片的制作；
S6：复用所述毛细玻璃管，重复步骤S5，形成多级套管结构。
进一步，所述步骤S6中的多级套管结构包括内管和外管，其中，内管采用所述预拉尖的毛细玻璃管，外管采用普通毛细玻璃管。
进一步，所述预拉尖的毛细玻璃管通过以下方法制得：采用毛细管拉制仪或酒精灯将普通毛细玻璃管拉尖，通过细砂纸打磨尖端部分，使开口尺寸满足设计要求，形成预拉尖的毛细玻璃管。
进一步，所述通孔的尺寸大于管槽的尺寸。
进一步，利用与毛细玻璃管外尺寸相匹配的材料作为预置物，步骤S2中，预置物通过直接取出或者腐蚀液腐蚀的方法移除。
有益效果：本发明公开了一种可扩展的套管型微流控芯片制作方法，与现有技术比较，具有以下有益效果：
1)与平面型PDMS微流控芯片相比，不需要精密模板，材料方易得成本低廉，降低了芯片制作的成本。
2)与平面型PDMS微流控芯片相比，实现外相对内相的同轴包裹，有利于实现同轴3D打印、微液滴生成和操控等。
3)与现有的利用胶水固定和对准的毛细套管型微流控芯片相比，芯片尺寸减小，制作更为简单，省去了镜下对准和胶水固定的操作。
4)该微流控芯片参数调节方便，通道内壁的修饰简单，实现多级套管扩展或增加并行通道不需要额外的操作，有利于实验室研究使用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：将与通道尺寸匹配的预置物放入PDMS预聚物中，加热聚合PDMS，裁成PDMS块；PDMS块采用聚二甲基硅氧烷制成。PDMS是聚二甲基硅氧烷的英文缩写。
S2：将预置物移除，留出放置通道的管槽，管槽具有两个管口。利用与毛细玻璃管外尺寸相匹配的材料作为预置物，预置物通过直接取出或者腐蚀液腐蚀的方法移除。
S3：使用倒角打磨后的点胶针筒，在PDMS块垂直于管槽的方向上开通孔。通孔的尺寸大于管槽的尺寸。
S4：将PDMS块开孔的两面分别与基底和顶层键合，其中顶层预置有加样孔。
S5：从管槽的一个管口插入内径均匀的毛细玻璃管，从管槽的另一个管口插入尖端预拉尖的毛细玻璃管，完成单级套管型微流控芯片的制作。预拉尖的毛细玻璃管通过以下方法制得：采用毛细管拉制仪或酒精灯将普通毛细玻璃管拉尖，通过细砂纸打磨尖端部分，使开口尺寸满足设计要求，形成预拉尖的毛细玻璃管。
S6：复用毛细玻璃管，重复步骤S5，形成多级套管结构。多级套管结构包括内管和外管，其中，内管采用所述预拉尖的毛细玻璃管，外管采用普通毛细玻璃管。
实施例1：
以两级套管的微流控芯片为例。选用规格为外径约0.55mm，内径0.3mm的毛细玻璃管制作微流控通道，以外径约0.51mm的钢针作为预置物，采用直接拉出的方法移除预置物。使用道康宁184作为PDMS预聚物，预聚物比例为10:1。使用酒精灯拉制毛细玻璃管，毛细玻璃管前端外径为80um。使用氧等离子体处理方法键合微流控芯片。利用本方法制作两级套管微流控芯片。
S11：在洁净烧杯中充分搅拌预聚物至出现细密均匀的气泡后，将烧杯置于真空干燥器中抽尽空气，浇筑在洁净玻璃上铝框限制出的区域中，放入并固定钢针在PDMS预聚物中间的位置。放入75℃烘箱中聚合1小时后取出。
S12：将钢针抽出，留出放置通道的管槽，管槽具有两个管口。
S13：使用内径规格为2mm的点胶针筒前端倒角打磨后作为打孔器，在PDMS块垂直于管槽的方向上开一个通孔。
S14：将PDMS块开有通孔的一面与洁净的玻璃片键合，通孔的另一面与一预留了灌注孔的PDMS膜键合。玻璃片为标准载玻片，在食人鱼溶液(浓硫酸：浓过氧化氢＝3:1)中浸泡1小时后水洗，氩气吹干后在烘箱中进一步烘干作为基底层。取一定量预聚物，浇筑在玻璃片上，聚合后裁切成合适大小并开一灌注口，作为芯片顶层。使用氧等离子体处理需要键合的各面，处理参数为100sccm，10s，80W，50KHz。
S15：从管槽的一个管口插入内径均匀的毛细玻璃管，从管槽的另一个管口插入预拉尖的毛细玻璃管，完成单级套管型微流控芯片的制作。预拉尖的毛细玻璃管通过以下方法制得：采用毛细管拉制仪将普通毛细玻璃管拉尖，通过细砂纸打磨尖端部分，使开口尺寸满足设计要求。
S16：复用预拉尖的毛细玻璃管，重复步骤S5，形成两级套管结构。
实施例2：
以双通道并行单级套管的微流控芯片为例。选用规格为外径约0.55mm，内径0.3mm的毛细玻璃管制作微流控通道，以外径约0.51mm的钢针作为预置物，采用直接拉出的方法移除预置物。使用道康宁184作为PDMS预聚物，预聚物比例为10:1。使用酒精灯拉制毛细管，毛细管前端口径为80um。使用氧等离子体处理方法键合微流控芯片。利用本方法制作双通道并行单级套管的微流控芯片。
S21：在洁净烧杯中充分搅拌预聚物至出现细密均匀的气泡后，将烧杯置于真空干燥器中抽尽空气，浇筑在洁净玻璃上铝框限制出的区域中，放入并平行固定两根钢针在PDMS预聚物中间的位置。放入75℃烘箱中聚合1小时后取出。
S22：将两根钢针抽出，留出放置通道的管槽，每个管槽具有两个管口。
S23：使用内径规格为2mm的点胶针筒前端倒角打磨后作为打孔器，在PDMS块每个垂直于管槽的方向上开通孔。
S24：将PDMS块开有通孔的一面与洁净的玻璃片键合，通孔的另一面与一预留了灌注孔的PDMS膜键合。玻璃片为标准载玻片，在食人鱼溶液(浓硫酸：浓过氧化氢＝3:1)中浸泡1小时后水洗，氩气吹干后在烘箱中进一步烘干作为基底层。取一定量的预聚物，浇筑在玻璃片上，聚合后裁切成合适大小并打灌注孔作为芯片的顶层。使用氧等离子体处理需要键合的各面，处理参数为100sccm，10s，80W，50KHz。
S25：从管槽的一个管口插入内径均匀的毛细玻璃管，从管槽的另一个管口插入预拉尖的毛细玻璃管，完成单通道套管型微流控芯片的制作。预拉尖的毛细玻璃管通过以下方法制得：采用毛细管拉制仪将普通毛细玻璃管拉尖，通过细砂纸打磨尖端部分，使开口尺寸满足设计要求。
S26：在另一个管槽中重复S25的操作，完成双通道并行单级套管微流控芯片的制作。
Claims (5)
1.一种可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将与通道尺寸匹配的预置物放入PDMS预聚物中，加热聚合PDMS，裁成PDMS块；
S2：将预置物移除，留出放置通道的管槽，管槽具有两个管口；
S3：使用倒角打磨后的点胶针筒，在PDMS块垂直于管槽的方向上开通孔；
S4：将PDMS块开孔的两面分别与基底和顶层键合，其中顶层预置有加样孔；
S5：从管槽的一个管口插入内径均匀的毛细玻璃管，从管槽的另一个管口插入尖端预拉尖的毛细玻璃管，完成单级套管型微流控芯片的制作；
S6：复用所述毛细玻璃管，重复步骤S5，形成多级套管结构。
2.根据权利要求1所述的可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中的多级套管结构包括内管和外管，其中，内管采用所述预拉尖的毛细玻璃管，外管采用普通毛细玻璃管。
3.根据权利要求1所述的可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述预拉尖的毛细玻璃管通过以下方法制得：采用毛细管拉制仪或酒精灯将普通毛细玻璃管拉尖，通过细砂纸打磨尖端部分，使开口尺寸满足设计要求，形成预拉尖的毛细玻璃管。
4.根据权利要求1所述的可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述通孔的尺寸大于管槽的尺寸。
5.根据权利要求1所述的可扩展的套管型微流控芯片的制备方法，其特征在于：利用与毛细玻璃管外尺寸相匹配的材料作为预置物，步骤S2中，预置物通过直接取出或者腐蚀液腐蚀的方法移除。
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