CN108371962A - 一种微流控芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微流控芯片，包括电极层和微流道层，微流道层位于电极层上方，电极层至少包括微加热电极，微加热电极用于测量温度和控制温度。该微流控芯片了实现对针对位置的加热和测温，提高了微流控测试的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及体外快速诊断领域，尤其涉及一种微流控芯片及其制备方法。
背景技术
微流控芯片又称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，依托微纳加工技术(MEMS)，微流控技术在生物医学、有机合成、微反应器、化学分析等领域扮演着越来越重要的角色。微流控技术可以将复杂、繁琐、庞大的实验室简化为一张尺寸极小的微流控芯片，这一技术的实现为检测设备的微型化提供了可能，同时也为可穿戴设备血液、尿液、汗液、唾液等的体液检测提供的强有力的技术支撑。基于微流控技术的可穿戴设备的芯片需要具有一定柔性和更小型化。另外，随着检测庞大数量的增加，微流控技术采用微流控芯片作为一次性检查卡片需要检查准确性不断提高，而量产成本需要不断降低。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。
为实现上述目的，第一方面本发明提供一种微流控芯片，包括电极层和微流道层，微流道层位于电极层上方，电极层至少包括微加热电极，微加热电极用可测量温度和控制温度。
优选地，微流道层包括流道层，流道层包括进液口，流道，药剂固定区，测试区，其中，进液口通过流道依次连接药剂固定区和测试区。
优选地，电极层包括基底，电极层包括基底，微加热电极位于基底上，微加热电极上方依次设置有介电层和测试电极。
优选地，电极层还包括基底和测试电极，在基底的上表面存在互斥的第一预设区域和和第二预设区域，微加热电极位第一预设区域，测试电极位于第二预设区域。
优选地，微加热电极的材料为铂，金，铜或者铝。
优选地，介电层的材料为介质电无机薄膜或者有机高分子薄膜。
进一步优选地，介质电无机薄膜选用二氧化硅或氮硅化合物SiNx薄膜。
第二方面本发明提供一种微流控芯片的制备方法，包括：将基片清洗并烘干；在基片上制备微加热电极和测试电极，得到电极层；制备微流道；对微流道的进液和排液位置进行开孔，得到带有开孔层微流道层；将电极层和微流道层进行键合，得到微流控芯片。
优选地，在基片上制备微加热电极和测试电极，得到电极层，具体包括：在基片上制备微加热电极；在微加热电极上制备介电层介电薄膜；在介电层介电薄膜上制备测试电极，得到电极层。
优选地，微加热电极通过丝网印刷，磁控或者电子束蒸发的方式制备。
优选地，其特征在于，介电层介电薄膜通过等离子体增强化学气相沉积，电子束蒸发镀膜，采用原子层沉积，旋涂，或者采用喷涂的方式制备。
优选地，测试电极通过丝网印刷，磁控或者电子束蒸发镀膜的方式制备。
优选地，用聚四氟乙烯溶液对所述测试电极进行涂层疏水化处理。
本发明实施例通过在微流控芯片中加入微加热电极，实现对针对位置的加热和测温，提高微流控测试的准确性，针对该微流控芯片，可以利用现有工艺设备进行低成本量产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电极层的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种流道层的结构俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种开孔层的结构俯视图；
图4为本发明实施例提供的一种单独的流道层的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种流道层的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种微流道层的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种电极层的结构示意图
图9为本发明实施例提供的一种微流控芯片的制备方法示意图；
图10为本发明实施例提供的一种制备微流道的方法示意图；
图11为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的制备方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明中测试电阻即为测试电极。
如图1为本发明实施例提供的一种电极层的结构示意图，在图1中，基底1上依次设置有微加热电极2，介电层3，测试电极4。
在一个示例中，微加热电极2的材料为铂，金，同或者铝。
在一个示例中，介电层3的材料为介质电无机薄膜或者有机高分子薄膜。例如介电层可以是二氧化硅，氮化硅或氧化铝等介质电无机薄膜，也可以是派诺林，聚甲基丙烯酸甲酯，聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)等有机高分子等薄膜。
如图2为本发明实施例提供的一种流道层的结构俯视图，在图2中，流道层包括一个进液口601，该进液口通过流道602连接2个药剂固定区603，每个药剂固定区603连接一个测试区604。其中，连接进液口的流道利用了毛细现象自驱动原理，使得液体流动不需要外接泵或集成微泵系统，为微流控芯片技术用在可穿戴大小的设备上设计提供了可能性。
图3为本发明实施例提供的一种开孔层的结构俯视图，如图3，开孔层包括进液孔701，排气/排液孔702，图3作为盖层，覆盖到如图2所示的流道层上。
图4为本发明实施例提供的一种单独的流道层。图5为本发明实施例提供的另一种单独的流道层。
图6为本发明实施例提供的一种微流道层的结构示意图，图6所示的微流道层将流道层和开孔层结合到一起。
图7为将流道层，开孔层，电极层键合到一起得到的微流控芯片的结构示意图。
在一个优选实施例中，介电层选择二氧化硅,厚度为100-500nm。
在一个示例中，测试电极选用铜，金，银，铝，铂，铬，钴，铁等合金金属材料。
在一个优选实施例中，测试电极选用铜或铂，厚度为100-300nm。
在上述实施例中，微加热电极和测试电极是在不同的物理层中，在另一个实施例中，如图8，加热电极2和测试电极4可以设置在同一层。
在一个示例中，用PTFE溶液对于测试电极进行疏水，耐腐蚀，生物兼容性处理，使电极既能导电又具有疏水，耐腐蚀，生物兼容性，并且能永久保持。具体地，用PTFE溶液对于测试电极进行涂层处理。其中PTFE可以选用AF-1600型号，溶剂可以选用CF-40型号。
在一个示例中，涂层方式可以采用旋涂，喷涂，沾涂等方式。
如图9，本发明实施例提供一种微流控芯片的制备方法，包括：
步骤601，将基片清洗并烘干。
这里的基片即为前面提及的基底。
步骤602，在基片上制备微加热电极，得到电极层。
步骤603，制备微流道。
步骤604，对微流道的进液和排液位置进行开孔，得到带有开孔层微流道层。
步骤605，将电极层和微流道层进行键合，得到微流控芯片。
在一个示例中，如图10，步骤602具体包括：
步骤6021，在基片上制备微加热电极。
步骤6022，在微加热电极上制备介电层介电薄膜。
步骤6023，在介电层介电薄膜上制备测试电极，得到电极层。
在一个示例中，步骤601包括：用酒精和去离子水各清洗基片10分钟，然后，将基片在80摄氏度的烘箱烘干30分钟，或者用加热板烘干30分钟。需要说明的是，如果是高分子基片不能采用丙酮清洗。
在一个示例中，步骤6021具体包括：采用丝网印刷或者磁控或者电子束蒸发工艺制备微加热电极，具体的，使用金属挡住不需要镀电极的位置，然后在没有遮挡的位置镀上金属，形成电极。其中，电极材料可以是铜，金，铝，铂等合金材料，优选铂。
在一个示例中，步骤6022具体包括：采用等离子体增强化学气象沉积的方式制备介电层。离子体增强化学气相沉积只是一种方式，根据设计需求，也可以电子束蒸发镀膜，或采用原子层沉积方式，或采用旋涂方式，或采用喷涂方式等方式。其中，介电层介电薄膜可以是二氧化硅，氮化硅或氧化铝等介质电无机薄膜，也可以是派诺林，聚甲基丙烯酸甲酯，PTFE等有机高分子等薄膜，优选二氧化硅,介电层厚度为100-500nm。
在一个示例中，步骤6023具体包括：采用丝网印刷或磁控或电子束蒸发镀膜工艺制备测试电极，测试电极可以选择铜，金，银，铝，铂，铬，钴，铁等合金金属材料。在一个具体的例子中，可以选用厚度为100-300nm的铜或铂。此电极可以根据应用进行化学修饰。需要说明的是，采用电化学原理方式测试微流控芯片时，才需要镀测试电极，在采用免疫蛋白荧光方式测试时不用镀测试电极这一层。其中，对于测试电极可以用PTFE溶液进行涂层处理，使电极既能导电又具有疏水，耐腐蚀，生物兼容性，并且能永久保持。
在一个实施例中，PTFE选用AF-1600型号，溶剂选用CF-40型号。其中，涂层方式可以采用旋涂，喷涂，沾涂等方式。
在另一个示例中，步骤602包括：先进行有限元热场模拟加热电极的热场分布，然后结合流道位置选择微加热电极的的位置。该测试电极同样可选用铜，金，银，铝，铂，铬，钴，铁等合金金属材料。
在一个优选实施例中，测试电极选用厚度为100-300nm的铜或铂，可以采用丝网印刷或磁控或电子束蒸发工艺。测试电极可以根据应用进行化学修饰。
在一个示例中，步骤603可以是有光刻图形化结合刻蚀的方式制备流道；也可是用纳米压印的方式直接制备流道；也可以采用数控机床机械加工等的方式制备流道；也可以采用微注塑的方式；也可以采用滚压成型的方式；也可以是激光刻蚀的方式。在一个优选的例子中，选用微注塑或者滚压成型方式。
在一个示例中，步骤604的开孔可采用激光刻蚀的方式，可采用塑料膜冲压的方式。
在一个示例中，步骤605的键合包括微流道层和电极层通过光学或物理限位的方式进行对准后，进行键合。键合可采用胶封的方式，同时也可以采用热封，或超声波焊封接。
如图11，本发明实施例提供了另一种微流控芯片的制备方法，该方法包括：
步骤801，在衬底上丝网印刷测试电极和温控电极。
步骤802，点胶机在反应区点上应用这所需要的生物蛋白或抗体。
步骤803，盖片上对于流道进口和出液口冲压出孔。
步骤804，双面胶冲压出微流控流道。
步骤805，把沉底和盖片用冲压好微流控流道的双面胶对准封接好。
在一个示例中，流道层用双面胶代替，在做键合封接的时候，只需要把双面胶层在中间，实现键合的效果。其中，双面胶可以通过冲压的形式形成相应的图形。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括电极层和微流道层，所述微流道层位于所述电极层上方，所述电极层至少包括微加热电极，所述微加热电极用于测量温度和控制温度。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流道层包括流道层，所述流道层包括进液口，流道，药剂固定区，测试区，其中，所述进液口通过所述流道依次连接所述药剂固定区和所述测试区。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述电极层包括基底，所述微加热电极位于所述基底上，所述微加热电极上方依次设置有介电层和测试电极。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述电极层还包括基底和测试电极，在所述基底的上表面存在互斥的第一预设区域和和第二预设区域，所述微加热电极位所述第一预设区域，所述测试电极位于所述第二预设区域。
5.根据权利要求3或者4所述的微流控芯片，其特征在于，所述微加热电极的材料为铂、金，铜或者铝。
6.一种微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括：
将基片清洗并烘干；
在所述基片上制备微加热电极，得到电极层；
制备微流道；
对微流道进行开孔，得到微流道层；
将所述电极层和所述微流道层进行键合，得到微流控芯片。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述在所述基片上制备微加热电极和测试电极，得到电极层，具体包括：
在所述基片上制备微加热电极；
在所述微加热电极上制备介电层介电薄膜；
在所述介电层介电薄膜上制备测试电极，得到电极层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述微加热电极通过丝网印刷，磁控或者电子束蒸发的方式制备。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述介电层介电薄膜通过等离子体增强化学气相沉积，电子束蒸发镀膜，采用原子层沉积，旋涂，或者采用喷涂的方式制备。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：用聚四氟乙烯溶液对所述测试电极进行涂层疏水化处理。
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