CN108636465B - 图案化流体阵列及其制备方法和应用 - Google Patents

图案化流体阵列及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108636465B
CN108636465B CN201810464238.8A CN201810464238A CN108636465B CN 108636465 B CN108636465 B CN 108636465B CN 201810464238 A CN201810464238 A CN 201810464238A CN 108636465 B CN108636465 B CN 108636465B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluid
patterned
substrate
array
ethylene glycol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810464238.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108636465A (zh
Inventor
黄占东
李正
苏萌
宋延林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Chemistry CAS
Original Assignee
Institute of Chemistry CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Chemistry CAS filed Critical Institute of Chemistry CAS
Priority to CN201810464238.8A priority Critical patent/CN108636465B/zh
Publication of CN108636465A publication Critical patent/CN108636465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108636465B publication Critical patent/CN108636465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明涉及材料领域，公开了图案化流体阵列及其制备方法和应用。图案化流体阵列的制备方法，包括：(A)制备具有多个图案化结构单元且具有浸润性质的基底，其中，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D与图案化结构单元的尺寸d的比值不小于2；(B)将所述基底与表面平整的基材进行组装，得到具有夹层的微流体装置，然后将流体1注入所述微流体装置并充满夹层，再将流体2注入微流体装置，其中，流体1与流体2不相容；每个图案化结构单元的内部形成图案化流体1，相邻的图案化结构单元之间填充有流体2，得到图案化流体阵列。本发明实现了一种流体在另外一种流体中的精确图案化，且制备方法简单快捷、成本低廉、便于大规模生产。

Description

图案化流体阵列及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及图案化流体阵列及其制备方法和应用。
背景技术
流体界面是两相流体互相接触的区域。由于两相流体性质的不同，界面处出现一些的物理参数突变会产生很多基本的物理化学过程，这些过程几乎涉及了化学、化工、材料、物理、生物等各学科领域，在生产生活中具有重要的作用。在液液界面上，由界面处浓度的不同而出现的物质交换，涉及到扩散及化学反应过程，从而在化学合成、药物释放和蒸馏萃取等物质分离方面具有重要的应用；又比如，在工业采油中，油水界面因动量传递而出现的粘性指进现象，对工业采油技术中提高原油采收率具有重要的影响。在气液界面发生的过程具有更为广泛的应用，如蒸发过程所涉及的咖啡环效应、马兰格尼效应等，在基于溶液处理的器件加工，高精度打印与印刷、功能材料的组装与图案化、生物细胞分离等方面具有十分广泛的应用；表面张力使空气中的液体柱出现的瑞利不稳定现象、在喷墨打印技术中具有广泛的应用；气液界面引起的界面吸附，在泡沫浮选技术中具有重要应用；以及借助气液界面处折射率、密度和弹性模量的突变可以制备气泡光栅、气泡声子晶体等。实现对流体界面的操控，对控制和利用这些过程具有重要的意义，从而在微流体、化学反应控制、材料制备、溶液加工与组装、生物分析和功能器件制造等方面具有十分广泛的应用。
然而，目前常用的制备流体间界面的方法是利用微流体技术，其制备的界面是微气泡、微液滴等与其不相容的流体之间形成的流动界面。这种技术虽然可以在微米尺度内制造大量的流体间的界面，具有比表面积大的优势。但是这些界面易于流动而无法固定、且在表面张力的作用下都为单一形貌的球形，因此难以实现对流体界面的精确调控。因此，实现一种流体在另外一种流体中精确图案化，从而制备出精确图案化的流体界面，是流体界面控制的一个重要研究方向。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的很难实现两种不相容流体的精确图案化的问题，提供图案化流体阵列及其制备方法和应用，该方法实现了一种流体（第一流体1）在另外一种流体（第二流体2）中的精确图案化，且制备方法简单快捷、成本低廉、便于大规模生产。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种图案化流体阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：
（A）制备具有多个图案化结构单元3且具有浸润性质的基底4，其中，相邻的两个图案化结构单元3之间的距离D与图案化结构单元3的尺寸d的比值不小于2；
（B）将所述基底4与表面平整的基材5进行组装，得到具有夹层的微流体装置，然后将第一流体1注入所述微流体装置并充满夹层，再将第二流体2注入微流体装置，其中，第一流体1与第二流体2不相容，且第一流体1在第二流体2中，第一流体1在基底4的表面的接触角θ12小于90°；
每个图案化结构单元3的内部形成图案化第一流体1，相邻的图案化结构单元3之间填充有第二流体2，得到图案化流体阵列。
本发明第二方面提供由上述的方法制备的图案化流体阵列，其中，该图案化流体阵列包含具有多个图案化结构结构单元3的基底4，以及盖在所述基底4表面的平整的基材5，每个图案化结构单元3内部填充有第一流体1，相邻的图案化结构单元3之间填充有第二流体2。
本发明第三方面提供了上述的图案化流体阵列在微反应器、界面反应和催化、单细胞分析、微生物研究、材料合成和功能器件制备中的应用。
本发明通过利用图案化结构单元的钉扎作用实现两种不相容流体间的选择性取代（第二流体2部分取代第一流体1），利用图案化结构单元实现了未被取代的流体（第一流体1）的大小、形貌和排列的精确调控，也即实现了第一流体1在不相容第二流体2中的精确图案化。该制备方法简单快捷、成本低廉、便于大规模生产。
附图说明
图1是第一流体1在第二流体2中，第一流体1在基底4的表面的接触角θ12的示意图；
图2是本发明的第二流体2取代第一流体1的过程示意图；
图3是微流体装置的照片；
图4是实施例2制备的图案化流体阵列的荧光显微镜图片；
图5是实施例4制备的图案化流体阵列的荧光显微镜图片。
附图标记说明
1、第一流体1 2、第二流体2
3、图案化结构单元 4、基底
5、表面平整的基材 6、基础单元
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供了一种图案化流体阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：
（A）制备具有多个图案化结构单元3且具有浸润性质的基底4，其中，相邻的两个图案化结构单元3之间的距离D与图案化结构单元3的尺寸d的比值不小于2；
（B）将所述基底4与表面平整的基材5进行组装，得到具有夹层的微流体装置，然后将第一流体1注入所述微流体装置并充满夹层，再将第二流体2注入微流体装置，其中，第一流体1与第二流体2不相容，且第一流体1在第二流体2中，第一流体1在基底4的表面的接触角θ12小于90°；
每个图案化结构单元3的内部形成图案化第一流体1，相邻的图案化结构单元3之间填充有第二流体2，得到图案化流体阵列。
在本发明中，先将第一流体1注入所述微流体装置并充满夹层，再将第二流体2注入微流体装置的夹层，此时第二流体2部分取代第一流体1，多余的第一流体1（被取代的第一流体1）排出微流体装置的夹层，此时第一流体1在图案化结构单元的内部，第二流体2在图案化结构单元之间，形成了第一流体1在第二流体2中的结构。
在本发明中，D是指图案化结构单元的中心到相邻的图案化结构单元的中心的距离，如图2的标注D所示。
在本发明中，d是指图案化结构单元的尺寸。例如图案化结构单元为四个柱子形成的正方形时，正方形的边长就是d。例如图案化结构单元为十二个柱子形成的正方形，正方形的单边由四个柱子构成，这时d就是四个柱子的直径加上间距的长度。例如图案化结构单元为圆形，d指这个圆形的直径。例如三个圆柱组成的图案化结构单元，d指相邻两个柱子的直径加上间距的长度，如图2的标注d所示。
根据本发明的方法，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D应具有较远的距离，从而实现本发明的目的。具体地，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D与图案化结构单元的尺寸d的比值不小于2，也就是说，D至少是d的2倍。
根据本发明的方法，第一流体1、第二流体2被注入和排出微通道的方法是在外力作用下使流体出现压强差别而使流体被压进和压出微流体装置的夹层的所有方式，例如可以为但不限于：通过微流体注射泵实施。
根据本发明的方法，第二流体2注入微流体装置的速度以形成第二流体2部分取代流体的1为目的，优选地，第二流体2注入微流体装置的速度为1-500μL/min，进一步优选为10-100μL/min。该流速下形成的图案化流体阵列更加精细。也即，将第一流体1从一端注入充满夹层，缓慢注入与第一流体1不相容的第二流体2，在图案化结构单元的作用下，使第一流体1只有部分被取代，即形成了第一流体1在第二流体2中的图案化流体阵列。
在本发明中，具有夹层的微流体装置以能够给夹层输送液体为目的，例如可以在基底4上面覆盖表面平整的基材5，其中，基材5具有可以输送液体的孔洞，使用C形夹具将基底4和基材5固定，基材5的孔洞与管道相连，并连接上微流体注射泵，管道的材质以耐腐蚀为目的，例如可以为但不限于：聚四氟乙烯材质。但是具有夹层的微流体装置并不限于此，以能够实现通入和排出液体为目的，例如，微流体装置可以如图3所示。
根据本发明的方法，所述每个图案化结构单元包含多个基础单元6，所述基础单元6没有特别的限定，可以是根据需要确定的各种结构，例如可以为圆柱、锥形、纺锤柱、蘑菇型、椭圆柱和多面体柱中的一种或多种；优选地，所述每个基础单元的高度为5μm-500μm，每个基础单元的直径为2μm-300μm。其中，所述直径是指每个基础单元的投影的最大直径。优选地，所述基础单元为凸起的结构。
其中，由于图案化结构单元包含多个基础单元6，也即通过基础单元的阵列排列得到，图案化结构单元没有特别的限定，可以是根据需要确定的各种结构，可以是规整排列的，也可以是不规则的。在优选的情况下，所述图案化结构单元为圆柱阵列结构、锥形阵列结构、纺锤柱阵列结构、蘑菇型阵列结构、椭圆柱阵列结构和多面体柱阵列结构中的一种或多种；优选地，所述图案化结构单元的图形为三角形、正方形、五边形、六边形、八边形、圆形或不规则图形。
根据本发明的方法，所述基底4的材质可以为但不限于：硅片、铝片、铜片、玻璃片、聚四氟乙烯、PDMS膜、PET膜、PMMS膜或PU膜。
根据本发明的方法，所述表面平整的基材5的材质可以为但不限于：硅片、石英片、铁片、铜片、铝片、聚硅氧烷片和橡胶片中的一种。
根据本发明的方法，所述第一流体1的粘度可以为0-100mPa·s。优选地，所述第一流体1为气体、水和有机溶剂中的一种或多种。进一步优选地，所述第一流体1为空气、二氧化碳、氧气、氢气、氮气、水、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、丙酮、乙二醇、异丙醇、二甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇苄醚、糠醇、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、双丙酮醇、十三醇、十四醇、邻苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己酮、二甲苯、联二环己烷、环己烷、二碘甲烷、正丁醇、DMSO（二甲基亚砜）、丁酮、邻苯二甲酸二甲酯、山梨糖醇中和二甲氧基硅烷中的一种或多种，但不限于此。
根据本发明的方法，所述第二流体2的粘度可以为0-100mPa·s。优选地，所述第二流体2为气体、水和有机溶剂中的一种或多种。进一步优选地，所述第二流体2为空气、二氧化碳、氧气、氢气、氮气、水、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、丙酮、乙二醇、异丙醇、二甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇苄醚、糠醇、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、双丙酮醇、十三醇、十四醇、邻苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己酮、二甲苯、联二环己烷、环己烷、二碘甲烷、正丁醇、DMSO、丁酮、邻苯二甲酸二甲酯、山梨糖醇中和二甲氧基硅烷中的一种或多种，但不限于此。
根据本发明的方法，得到具有浸润性质的基底的方法并没有限定，以能得到第一流体1在第二流体2中，第一流体1在基底4的表面的接触角θ12小于90°的基底为目的，接触角θ12的示意图如图1所示。例如可以为低温氧气等离子处理、气相表面沉积法。对于不相容的第一流体1和第二流体2要依据其流体性质选用对应的处理方法。例如，要实现水（第一流体1）在空气（第二流体2）中的图案化流体阵列，需要使用空气取代水的步骤，这时需要进行水在空气中，水与基底4的接触角小于90°的处理（即在空气中亲水的基底4），可以通过使用低温氧气等离子处理的方法。例如要实现空气（第一流体1）在水（第二流体2）中的图案化流体阵列，需要使用水取代空气的步骤，这时需要进行空气在水中，空气与基底4的接触角小于90°的处理（即在空气中疏水的基底4），可以通过使用修饰表面张力低的硅烷偶联剂的气相表面沉积法来实现。例如，要实现水（第一流体1）在甲苯（第二流体2）中的图案化流体阵列，需要使用甲苯取代水的步骤，这时需要进行水在甲苯中，水与基底4的接触角小于90°的处理（即甲苯中亲水的基底4），可以通过使用低温氧气等离子处理的方法。例如，要实现甲苯（第一流体1）在水（第二流体2）中的图案化流体阵列，需要使用水取代甲苯的步骤，这时需要进行甲苯在水中，甲苯与基底4的接触角小于90°的处理（即甲苯中疏水的基底4），可以通过使用修饰表面张力低的硅烷偶联剂的气相表面沉积法来实现。其中，硅烷偶联剂可以为但不限于：1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷。但是方法并不限于此，能够得到具有第一流体1在第二流体2中，第一流体1在基底4的表面的接触角θ12小于90°的基底为目的。
根据本发明的方法，当基底2自身具有所需的浸润性时，可以不进行浸润性处理，当基底2自身不具有所需的浸润性时，则需要进行处理，以能够得到具有第一流体1在第二流体2中，第一流体1在基底4的表面的接触角θ12小于90°的基底为目的。
本发明第二方面提供由上述的方法制备的图案化流体阵列，其中，该图案化流体阵列包含具有多个图案化结构结构单元3的基底4，以及盖在所述基底4表面的平整的基材5，每个图案化结构单元3内部填充有第一流体1，相邻的图案化结构单元3之间填充有第二流体2。
本发明第三方面提供了上述的图案化流体阵列在微反应器、界面反应和催化、单细胞分析、微生物研究、材料合成和功能器件制备中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中，使用的光学或荧光显微镜由尼康公司生产，型号为LV100ND；
氧气等离子仪由美国Ops等离子技术有限公司生产，型号为DT-02S；
真空蒸镀仪由中科科仪公司生产，型号为ATT010。
实施例1
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取边长为5寸的正方形硅片基底（如图2中的标注4所示），采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱（基础单元，如图1中的标注6所示），每个圆形硅柱高度为50μm，直径为25μm，图案化结构单元（如图2中的标注3所示）为三个圆柱组成的三角形，图案化结构单元的尺寸d为50μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为110μm。
（2）对基底进行浸润性处理
把所制备的具有图案化结构单元的硅片在氧气等离子仪器中以150W的功率处理300s，使之表面超亲水。放到真空干燥器中，硅片周围放置一玻璃片，在玻璃片上使用滴管滴加一滴1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷，然后密封，抽真空十五分钟。再放置到90℃烘箱中加热2h。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片（如图2中的标注5所示），其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将硅片和玻璃片固定，玻璃片的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入氮气（如图2中的标注1所示），其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入氮气最远的孔洞为打开状态，将通入氮气的孔洞切换为水，以10μL/min的速度缓慢通入水（如图2中的标注2所示），待全部充满微流体装置的夹层，每个图案化结构单元的内部形成图案化氮气气泡，相邻的图案化结构单元之间填充有水，得到图案化流体阵列。
实施例2
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取边长为9cm的圆形硅片基底，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱，每个圆形硅柱高度为50μm，直径为50μm，分别由两个圆柱、三个圆柱、四个圆柱、五个圆柱、六个圆柱形成图案化结构单元，图案化结构单元的尺寸d分别为20μm、30μm、40μm、50μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为110μm。
（2）对基底进行浸润性处理
把所制备的具有图案化结构单元的硅片在氧气等离子仪器中以150W的功率处理300s，使之表面超亲水。放到真空干燥器中，硅片周围放置一玻璃片，在玻璃片上使用滴管滴加一滴1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷，然后密封，抽真空十五分钟。再放置到90℃烘箱中加热2h。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将硅片和玻璃片固定，玻璃片的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入甲苯，其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入甲苯最远的孔洞为打开状态，将通入甲苯的孔洞切换为水，以100μL/min的速度缓慢通入水，待全部充满微流体装置的夹层，每个图案化结构单元的内部形成图案化甲苯，相邻的图案化结构单元之间填充有水，得到图案化流体阵列，通过荧光显微镜观察，得到如图4所示的图像。
实施例3
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取直径为9cm的圆形硅片基底，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱，每个圆形硅柱高度为20μm，直径为20μm，图案化结构单元为六个圆柱组成的正六边形，图案化结构单元的尺寸d为45μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为90μm。
（2）对基底进行浸润性处理
使用乙醇和水清洗所制备的具有图案化结构单元的硅片，然后使用真空蒸镀仪以250W的功率，沉积500s铝单质，其厚度大概为500nm。然后，把蒸镀好的表面进入70℃的热水中约10min，在图案化结构单元的表面形成铝纳米结构。然后在氧气等离子仪中以150W的功率处理300s。放到真空干燥器中，硅片周围放置一玻璃片，在玻璃片上使用滴管滴加一滴1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷，然后密封，抽真空十五分钟。再放置到90℃烘箱中加热2h。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将基底和基材固定，基材的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞以10μL/min的速度缓慢通入水DMSO，待全部充满微流体装置的夹层，每个图案化结构单元的内部形成图案化空气气泡，相邻的图案化结构单元之间填充有DMSO，得到图案化流体阵列。
实施例4
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取直径为9cm的圆形硅片基底，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱，每个圆形硅柱高度为100μm，直径为50μm，呈折现排列，相邻三个圆柱形成的夹角为120°，案化结构单元的尺寸d为20μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为100μm。
（2）对基底进行浸润性处理
把所制备的具有图案化结构单元的硅片在氧气等离子仪器中以150W的功率处理300s，使之表面超亲水。放到真空干燥器中，硅片周围放置一玻璃片，在玻璃片上使用滴管滴加一滴1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷，然后密封，抽真空十五分钟。再放置到90℃烘箱中加热2h。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将基底和基材固定，基材的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入甲苯，其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入甲苯最远的孔洞为打开状态，将通入甲苯的孔洞切换为水，以30μL/min的速度缓慢通入水，待全部充满微流体装置的夹层，每个图案化结构单元的内部形成图案化甲苯，相邻的图案化结构单元之间填充有水，得到图案化流体阵列，通过荧光显微镜观察，得到如图5所示的图像。
实施例5
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取直径为5寸的圆形硅片基底，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱，每个圆形硅柱高度为50μm，直径为25μm，图案化结构单元为四个圆柱组成的正方形，案化结构单元的尺寸d为60μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为220μm。
（2）对基底进行浸润性处理
把所制备的具有图案化结构单元的硅片在氧气等离子仪器中以150W的功率处理300s，使之表面超亲水。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将基底和基材固定，基材的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入水，其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入水最远的孔洞为打开状态，将通入水的孔洞切为以10μL/min的速度缓慢抽出水，空气进入夹层，每个图案化结构单元的内部形成图案化水，相邻的图案化结构单元之间填充有空气，得到图案化流体阵列。
实施例6
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取直径为5寸的圆形硅片基底，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱，每个圆形硅柱高度为50μm，直径为25μm，图案化结构单元为四个圆柱组成的正方形，案化结构单元的尺寸d为10μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为50μm。
（2）对基底进行浸润性处理
把所制备的具有图案化结构单元的硅片在氧气等离子仪器中以150W的功率处理300s，使之表面超亲水。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将基底和基材固定，基材的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入氯仿，其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入氯仿最远的孔洞为打开状态，将通入氯仿的孔洞切为以10μL/min的速度缓慢通入空气，每个图案化结构单元的内部形成图案化氯仿，相邻的图案化结构单元之间填充有空气，得到图案化流体阵列。
实施例7
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
采用软刻蚀的方法在PDMS表面制备出三角形的图案化阵列单元，步骤为：采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在边长为5寸的圆形硅片的表面刻蚀出圆柱形孔洞，每个孔洞的深度为30μm，直径为20μm，图案化结构单元为三个孔组成的三角形，三角形图案化结构单元的尺寸为60μm，相邻的两个图案化阵列单元的间距D为160μm。
按照实施例1的方法对所制备的具有图案化结构单元的硅片表面进行疏水处理。然后将30g的PDMS单体和3g的引发剂进行搅拌混合，使用离心机以5000转每分转速3min，去除里面含有的气泡，得到PDMS溶液。然后把具有图案化结构单元孔洞的硅片放置到玻璃表面皿中，缓慢浇上配制的PDMS溶液，让其覆盖具有图案化结构单元的硅片表面，放置到真空干燥器中，抽真空30min。然后去真空，90℃下加热2h让其固化。揭开后即可得到表面具有图案化结构单元的PDMS膜。
（2）制备具有夹层的微流体装置
把具有多个图案化结构单元的PDMS膜水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将基底和基材固定，基材的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（3）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入氧气，其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入氧气最远的孔洞为打开状态，将通入氧气的孔洞切为以10μL/min的速度缓慢通入水，每个图案化结构单元的内部形成图案化氧气气泡，相邻的图案化结构单元之间填充有水，得到图案化流体阵列。
实施例8
（1）制备具有多个图案化结构单元的基底
选取直径为9cm的圆形硅片基底，采用常规掩膜光学刻蚀的方法，在硅片的表面刻蚀出圆柱形硅柱，每个圆形硅柱高度为50μm，直径为25μm，图案化结构单元为十二个圆柱组成的正十二边形，案化结构单元的尺寸d为10μm，相邻的两个图案化结构单元之间的距离D为150μm。
（2）对基底进行浸润性处理
把所制备的具有图案化结构单元的硅片在氧气等离子仪器中以150W的功率处理300s，使之表面超亲水。放到真空干燥器中，硅片周围放置一玻璃片，在玻璃片上使用滴管滴加一滴1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷，然后密封，抽真空十五分钟。再放置到90℃烘箱中加热2h。
（3）制备具有夹层的微流体装置
把浸润性处理后的具有多个图案化结构单元的硅片水平放置，然后在上面盖上表面平整的玻璃片，其中玻璃片具有四个直径为5mm的孔洞，使用C形夹具将基底和基材固定，基材的孔洞与聚四氟乙烯管道相连，并连接上微流体注射泵，得到具有夹层的微流体装置，如图3所示。
（4）制备图案化流体阵列
使用微流体装置从玻璃片的一个孔洞通入正己烷，其他三个孔洞全部打开，用以取代夹层中的空气。然后关闭此三个孔洞中的两个，保留距离通入正己烷最远的孔洞为打开状态，将通入正己烷的孔洞切换为乙腈，以10μL/min的速度缓慢通入乙腈，待全部充满微流体装置的夹层，每个图案化结构单元的内部形成图案化正己烷，相邻的图案化结构单元之间填充有乙腈，得到图案化流体阵列。
本发明提供的方法可以实现不相容流体间的流体图案化，得到图案化流体阵列，其具有成本低、快速、可批量制备的优点。在微反应器、界面反应和催化、单细胞分析、微生物研究、材料合成和功能器件制备中具有广泛的应用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种图案化流体阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（A）制备具有多个图案化结构单元（3）且具有浸润性质的基底（4），其中，相邻的两个图案化结构单元（3）之间的距离D与图案化结构单元（3）的尺寸d的比值不小于2；
（B）将所述基底（4）与表面平整的基材（5）进行组装，得到具有夹层的微流体装置，然后将第一流体（1）注入所述微流体装置并充满夹层，再将第二流体（2）注入微流体装置，此时第二流体（2）部分取代第一流体（1），多余的第一流体（1）排出微流体装置的夹层，其中，第一流体（1）与第二流体（2）不相容，且第一流体（1）在第二流体（2）中，第一流体（1）在基底（4）的表面的接触角θ12小于90°；
每个图案化结构单元（3）的内部形成图案化第一流体（1），相邻的图案化结构单元（3）之间填充有第二流体（2），得到图案化流体阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第二流体（2）注入微流体装置的速度为1-500μL/min。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第二流体（2）注入微流体装置的速度为10-100μL/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述每个图案化结构单元包含多个基础单元（6）。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基础单元（6）为圆柱、锥形、纺锤柱、蘑菇型、椭圆柱和多面体柱中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述每个基础单元（6）的高度为5μm-500μm，每个基础单元的直径为2μm-300μm。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，所述图案化结构单元为圆柱阵列结构、锥形阵列结构、纺锤柱阵列结构、蘑菇型阵列结构、椭圆柱阵列结构和多面体柱阵列结构中的一种或多种。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述图案化结构单元的图形为三角形、正方形、五边形、六边形、八边形、圆形或不规则图形。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底（4）的材质选自硅片、铝片、铜片、玻璃片、聚四氟乙烯、PDMS膜、PET膜、PMMS膜或PU膜。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面平整的基材（5）的材质为硅片、石英片、铁片、铜片、铝片、聚硅氧烷片和橡胶片中的一种。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一流体（1）的粘度为0-100mPa·s。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一流体（1）为气体、水和有机溶剂中的一种或多种。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一流体（1）为空气、二氧化碳、氧气、氢气、氮气、水、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、丙酮、乙二醇、异丙醇、二甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇苄醚、糠醇、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、双丙酮醇、十三醇、十四醇、邻苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己酮、二甲苯、联二环己烷、环己烷、二碘甲烷、正丁醇、DMSO、丁酮、邻苯二甲酸二甲酯、山梨糖醇中和二甲氧基硅烷中的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二流体（2）的粘度为0-100mPa·s。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二流体（2）为气体、水和有机溶剂中的一种或多种。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二流体（2）为空气、二氧化碳、氧气、氢气、氮气、水、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、丙酮、乙二醇、异丙醇、二甘醇、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、乙二醇苄醚、糠醇、二甘醇甲醚、二甘醇乙醚、二甘醇丁醚、三甘醇甲醚、双丙酮醇、十三醇、十四醇、邻苯二甲酸二辛酯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、环己酮、二甲苯、联二环己烷、环己烷、二碘甲烷、正丁醇、DMSO、丁酮、邻苯二甲酸二甲酯、山梨糖醇中和二甲氧基硅烷中的一种或多种。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，得到具有浸润性质的基底的方法为低温氧气等离子处理、气相表面沉积法。
18.由权利要求1-17中任意一项所述的方法制备的图案化流体阵列，其中，该图案化流体阵列包含具有多个图案化结构结构单元（3）的基底（4），以及盖在所述基底（4）表面的平整的基材（5），每个图案化结构单元（3）内部填充有第一流体（1），相邻的图案化结构单元（3）之间填充有第二流体（2）。
19.权利要求18所述的图案化流体阵列在微反应器、界面反应和催化、单细胞分析、微生物研究、材料合成和功能器件制备中的应用。
CN201810464238.8A 2018-05-15 2018-05-15 图案化流体阵列及其制备方法和应用 Active CN108636465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810464238.8A CN108636465B (zh) 2018-05-15 2018-05-15 图案化流体阵列及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810464238.8A CN108636465B (zh) 2018-05-15 2018-05-15 图案化流体阵列及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108636465A CN108636465A (zh) 2018-10-12
CN108636465B true CN108636465B (zh) 2020-08-14

Family

ID=63755733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810464238.8A Active CN108636465B (zh) 2018-05-15 2018-05-15 图案化流体阵列及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108636465B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109987578A (zh) * 2019-04-09 2019-07-09 电子科技大学 一种在微型柱子表面上构造单内凹结构的方法
CN114890685B (zh) * 2022-05-20 2023-06-23 嘉兴学院 一种近红外光响应的非均匀浸润性表面及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2222832A2 (en) * 2007-11-15 2010-09-01 Seng Enterprises Ltd. Pico liter well holding device and method of making the same
CN101910415A (zh) * 2007-11-07 2010-12-08 不列颠哥伦比亚大学 微流体装置及其使用方法
CN105170209A (zh) * 2015-10-15 2015-12-23 华中科技大学 一种表面图案化修饰的基片及其制备方法
CN106079677A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 中国科学院化学研究所 一种图案化二维气泡阵列及其制备方法和应用
CN106994371A (zh) * 2017-06-06 2017-08-01 吉林大学 基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件及其制备方法
CN107233853A (zh) * 2017-06-18 2017-10-10 天津大学 试剂预定义的液滴阵列生成器及制作方法和液滴生成方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101910415A (zh) * 2007-11-07 2010-12-08 不列颠哥伦比亚大学 微流体装置及其使用方法
EP2222832A2 (en) * 2007-11-15 2010-09-01 Seng Enterprises Ltd. Pico liter well holding device and method of making the same
CN105170209A (zh) * 2015-10-15 2015-12-23 华中科技大学 一种表面图案化修饰的基片及其制备方法
CN106079677A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 中国科学院化学研究所 一种图案化二维气泡阵列及其制备方法和应用
CN106994371A (zh) * 2017-06-06 2017-08-01 吉林大学 基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件及其制备方法
CN107233853A (zh) * 2017-06-18 2017-10-10 天津大学 试剂预定义的液滴阵列生成器及制作方法和液滴生成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108636465A (zh) 2018-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112011104891B4 (de) 3D-Mikrofluid-Vorrichtungen auf der Grundlage von durchbrochenen thermoplastischen Elastomer-Membranen
US8268446B2 (en) Photocurable perfluoropolyethers for use as novel materials in microfluidic devices
CN108636465B (zh) 图案化流体阵列及其制备方法和应用
CN105112290B (zh) 一种单分子测序芯片的制备方法
JP2009543702A (ja) 光補助および／または熱補助された印刷によるマイクロ流体ポリマーデバイスの製造
CN106755420A (zh) 基于表面活性剂改性pdms的数字pcr芯片和方法
CN1311717A (zh) 再拉伸的毛细管成像用储器
CN101533005A (zh) 微流分配装置、其制备方法及用途
CN103013813B (zh) 基于3d打印平台的数字pcr芯片的制作方法
CN105154323B (zh) 一种单分子测序芯片
CN110075934B (zh) 一种3d打印微流控器件及其大通量制备单分散乳液的方法
JPWO2017104610A1 (ja) 多孔フィルム、多孔フィルム製造方法、マイクロレンズアレイ、マイクロリアクターおよびバイオデバイス
Zhou et al. A facile method for the fabrication of glass-PDMS-glass sandwich microfluidic devices by sacrificial molding
CN106079174B (zh) Pdms微孔阵列模板制备方法
WO2008157480A1 (en) Microfluidic device and method of manufacturing the microfluidic device
CN113083386A (zh) 一种液样简便、快速离散化芯片及其使用方法
CN110643502A (zh) 一种单细胞微流控检测芯片及其制备方法和使用方法
CN107649225B (zh) 掩膜版、模具与微流控芯片及制作方法与用途
US8518481B2 (en) Interconnect for MEMS device including a viscoelastic septum
Chen et al. Surface-tension-confined droplet microfluidics☆
CN111036316B (zh) 一种面向dna合成的高效流体分配芯片装置
CN110743636A (zh) 一种液滴生成芯片及其制备方法和在单细胞测序中的用途
Pandey et al. Establishment of Picoliter-dispenser for Parallel Placement of Liquid on Microwell Plate
DE112011106142B3 (de) Durchbrochene thermoplastische Elastomer-Membran, ihre Verwendung und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN110756236B (zh) 一种密封式微流控乳化芯片及其制作工艺和使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant