CN109590035B - 微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置 - Google Patents

微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生化分析技术领域，提供了一种微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置，微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂混合搅拌；向混合物中加入微米软磁颗粒混合搅拌；将得到的混合物浇筑于微通道模具中，抽真空去除气泡后再放入烘箱中烘烤；将模具放入无水乙醇中浸泡，取下带通道的磁流变弹性体；用氮气吹净，放入等离子体清洗仪中；将浸泡在丙酮中的玻璃板取出，放置在等离子体清洗仪中清洗；取出带通道的磁流变弹性体和玻璃板，并键合连接，放入烘箱中烘烤老化后取出。微流体驱动装置，包括微流控芯片、基板、驱动电机和支架。结构简单，成本低，微流控芯片不会残留液体，保证检测分析结果的准确性。

Description

微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置
技术领域
本发明涉及生化分析技术领域，特别是涉及一种微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置。
背景技术
微流控芯片是一种新型的分析平台，能够将样品制备、反应、分离、检测等实验操作集成在一块平方厘米级的芯片上，具有样品和试剂消耗少、分析速度快和操作自动化等优点。作为流体传送的动力源，微流体驱动已成为微流控芯片的一个关键，受到了广泛关注。
目前，微流体驱动常采用外部的微泵，由于易遭受交叉污染，因此在实际应用时仍面临极大挑战。近年来，有研究报道利用毛细作用、电润湿等微观效应可以实现微流体驱动，流速可控制在μL/min～mL/min范围内，也可集成在微流控芯片上。然而，电润湿微泵或毛细微泵的加工工艺均很复杂，而且成本高。因此，研究简单、低成本的微流体驱动技术对微流控芯片研究具有重要意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种微流控芯片制备方法及微流体驱动装置，以解决芯片上微流体驱动设计复杂、成本较高的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按重量比20:1～15:1混合搅拌设定时间，放入真空干燥皿中抽真空以去除混合物中的气泡；
步骤二，向混合物中加入微米软磁颗粒，微米软磁颗粒与混合物的重量比为4:1～1:1，混合搅拌设定时间，再放入真空干燥皿中抽真空以去除混合物中的气泡；
步骤三，将步骤二中得到的混合物浇筑于微通道模具中，再放入真空干燥皿中抽真空以去除气泡，然后放入设定温度的烘箱中烘烤设定时间；
步骤四，将模具放入无水乙醇中浸泡设定时间后，从模具上取下带微通道的磁流变弹性体；
步骤五，用氮气将磁流变弹性体吹净，将磁流变弹性体放入等离子体清洗仪中，通道面朝上放置；
步骤六，将浸泡在丙酮中设定时间的玻璃板取出，用水清洗并用氮气吹干后，放置在等离子体清洗仪中，清洗设定时间；
步骤七，取出带通道的磁流变弹性体和玻璃板，进行并键合连接，并放入设定温度的烘箱中烘烤老化设定时间后取出。
其中，混合搅拌设定时间为5～10分钟。
其中，烘箱的设定温度为50～70℃。
其中，所述步骤三中烘烤的设定时间为12～24小时。
其中，所述微米软磁颗粒的粒径为2～5μm，所述玻璃板的厚度为0.2～1mm。
其中，烘烤老化设定时间为1～2小时。
本发明还提供一种微流体驱动装置，包括用如以上任一项所述的微流控芯片的制备方法制备的微流控芯片、基板、驱动电机和支架，所述基板卡设在所述支架的安装孔内，所述基板的第一端面设有与所述驱动电机的驱动端连接适配的凹槽，所述基板的第二端面均周安装有至少两对磁铁组，所述微流控芯片设于所述磁铁组上侧的所述支架上。
其中，每对所述磁铁组包括同极相贴设置的两个磁铁单体，用以形成梯度磁场。
其中，所述基板的第二端面设有盖板，用以固定所述磁铁组。
其中，所述微流控芯片包括玻璃板和与所述玻璃板键合连接的磁流变弹性体构成的通道，所述通道的入口端与样品池连通。
(三)有益效果
本发明提供了一种微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置，该微流控芯片制备方法简单，成本较低，聚二甲基硅氧烷预聚物透明度高，防水性和疏水性好，与固化剂混合后再添加微米软磁颗粒可形成磁流变弹性体，磁流变弹性体可在外部磁场作用下产生快速形变，实现微流体的精确驱动，结构简单，成本低，微流控芯片不会残留液体，保证检测分析结果的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例微流体驱动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例基板和驱动电机的连接示意图；
图3为本发明实施例微流控芯片的结构示意图。
图中，1：支架；2：驱动电机；3：微流控芯片；4：盖板；5：基板；6：螺纹孔；7：磁铁组；8：主通道；9：次通道；10：样品池；11：通道出口；12：玻璃板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
本发明实施例提供一种微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按重量比20:1～15:1混合搅拌5～10分钟，搅拌均匀后，放入真空干燥皿中抽真空10～30分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；
步骤二，向混合物中加入微米软磁颗粒，微米软磁颗粒的粒径为2～5μm，微米软磁颗粒与混合物的重量比为4:1～1:1，混合搅拌5～10分钟，搅拌均匀后，放入真空干燥皿中抽真空10～30分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；
步骤三，将步骤二中得到的混合物缓慢浇筑于微通道模具中，再放入真空干燥皿中抽真空10～30分钟，以去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全，再放入设定温度的烘箱中烘烤设定时间，烘箱温度为50～70℃，烘烤的时间为12～24小时；
步骤四，将模具放入无水乙醇中浸泡0.5～1.5小时，从通道模具上缓慢取下带微通道的磁流变弹性体；
步骤五，用氮气将磁流变弹性体吹净，将磁流变弹性体放入等离子体清洗仪中，通道面朝上放置；
步骤六，将浸泡在丙酮中设定时间的玻璃板取出，浸泡时间为12～24小时，用超纯水清洗干净并用氮气吹干后，放置在等离子体清洗仪中，玻璃板的厚度为0.2～1mm；
步骤七，将带微通道的磁流变弹性体和玻璃板在等离子体清洗仪内清洗1～2分钟，迅速取出，将带通道的磁流变弹性体和玻璃板轻轻接触实现键合连接后，放入设定温度的烘箱中烘烤老化设定时间后取出，烘箱温度为50～70℃，烘烤老化时间为1～2小时。
实施例1
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按重量比20:1，混合搅拌10分钟，搅拌均匀，放入真空干燥皿中处理30分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；向混合物中加入粒径为2μm的微米软磁颗粒，微米软磁颗粒与混合物的重量比为4:1，混合搅拌10分钟，搅拌均匀，放入真空干燥皿中处理30分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；将得到的混合物缓慢浇筑于微通道模具中，放入真空干燥皿中抽真空30分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全，再放入70℃的烘箱中烘烤24小时；将烘烤后的模具放入无水乙醇中浸泡1.5小时，从通道模具上缓慢取下带通道的磁流变弹性体；用氮气将带通道的磁流变弹性体吹净，将带通道的磁流变弹性体放入等离子体清洗仪中，通道面朝上放置；将浸泡在丙酮中12小时的玻璃板取出，用超纯水清洗干净并用氮气吹干后，放置在等离子体清洗仪中；将带通道的磁流变弹性体和玻璃板在等离子体清洗仪内清洗1分钟，迅速取出，将带通道的磁流变弹性体和玻璃板轻轻接触实现键合连接后，放入70℃的烘箱中烘烤老化2小时后取出。
实施例2
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按重量比17.5:1，混合搅拌7.5分钟，搅拌均匀，放入真空干燥皿中处理20分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；向混合物中加入粒径为3.5μm的微米软磁颗粒，微米软磁颗粒与混合物的重量比为2.5:1，混合搅拌8分钟，搅拌均匀，放入真空干燥皿中抽真空20分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；将得到的混合物缓慢浇筑于微通道模具中，放入真空干燥皿中抽真空20分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全，再放入60℃的烘箱中烘烤18小时；将烘烤后的模具放入无水乙醇中浸泡1小时，从通道模具上缓慢取下带通道的磁流变弹性体；用氮气将带通道的磁流变弹性体吹净，将带通道的磁流变弹性体放入等离子体清洗仪中，通道面朝上放置；将浸泡在丙酮中16小时的玻璃板取出，用超纯水清洗干净并用氮气吹干后，放置在等离子体清洗仪中；将带通道的磁流变弹性体和玻璃板在等离子体清洗仪内清洗1.5分钟，迅速取出，将带通道的磁流变弹性体和玻璃板轻轻接触实现键合连接后，放入60℃的烘箱中烘烤老化1.5小时后取出。
实施例3
将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按重量比15:1，混合搅拌5分钟，搅拌均匀，放入真空干燥皿中处理10分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；向混合物中加入粒径为5μm的微米软磁颗粒，微米软磁颗粒与混合物的重量比为1:1，混合搅拌5分钟，搅拌均匀，放入真空干燥皿中抽真空10分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全；将得到的混合物缓慢浇筑于微通道模具中，放入真空干燥皿中抽真空10分钟，去除混合物中的气泡，确保气泡去除完全，再放入50℃的烘箱中烘烤12小时；将烘烤后的模具放入无水乙醇中浸泡0.5小时，从通道模具上缓慢取下带通道的磁流变弹性体；用氮气将带通道的磁流变弹性体吹净，将带通道的磁流变弹性体放入等离子体清洗仪中，通道面朝上放置；将浸泡在丙酮中24小时的玻璃板取出，用超纯水清洗干净并用氮气吹干后，放置在等离子体清洗仪中；将带通道的磁流变弹性体和玻璃板在等离子体清洗仪内清洗2分钟，迅速取出，将带通道的磁流变弹性体和玻璃板轻轻接触实现键合连接后，放入50℃的烘箱中烘烤老化1小时后取出。
如图1至图3所示，本发明实施例还提供一种微流体驱动装置，包括用如以上微流控芯片的制备方法制备的微流控芯片3、基板5、驱动电机2和支架1，基板5卡设在支架1的安装孔内，具体的，支架1用以支撑整个微流体驱动装置，支架1的支撑平台的中心位置设有安装孔，用以卡接基板5，保证基板5可在安装孔内旋转。基板5具体为直径60mm，厚度10mm的圆形有机玻璃。
进一步的，基板5的第一端面设有与驱动电机2的驱动端连接适配的凹槽，实现基板5与驱动电机2的同步转动。驱动电机2具体为42系列步进电机，驱动电机2设置在支架1的支撑平台的下方。
其中，基板5的第二端面均周安装有至少两对磁铁组7，每对磁铁组7包括同极相贴设置的两个磁铁单体。具体的，基板5的第二端面上均周设有至少两个方形凹槽，每个凹槽内安装一对磁铁组7，磁铁组7包括同极相贴设置的两个钕铁硼超强磁铁单体，用以产生高强度、高梯度线性磁场。在一个例子中，磁铁单体的尺寸为高3.2mm、宽3.2mm、长12.7mm。
进一步的，基板5的第二端面上设有盖板4，盖板4上均周设有四个通孔，基板5上设有四个与通孔一一对应的螺纹孔6，通过螺栓实现盖板4与基板5的连接，将磁铁组7固定。
其中，微流控芯片3设于磁铁组7上侧的支架1上，保证磁铁组7产生的磁场可作用于微流控芯片3。具体的，微流控芯片3包括玻璃板12和与玻璃板12键合连接的磁流变弹性体构成的通道，通道由主通道8和位于主通道8两端并与之连通的两个次通道9，次通道9的入口端与样品池10连通，样品池10用以滴加储存样品，经过通道的在磁场内的蠕动，样品经通道出口11流出。
本发明实施例微流体驱动装置的工艺流程如下：
将微流控芯片3安放至支架1上，用移液枪吸取适量样品加入到样品池中，由于样品池开口较大，因此可存储大量样品，随后开启驱动电机开关，驱动电机带动与其相连的基板快速旋转(旋转速度：60rpm～120rpm)，由于两块超强磁铁同极相对摆放，在两块磁铁中间产生线状的超强高梯度磁场并发生旋转；超强旋转磁场将使主通道的磁流变弹性体发生周期性的形变，形变将造成主通道产生移动的临时封闭腔，进而使样品池11中的样品通过次通道和主通道被挤压到出口处，并用于持续性的样品供给。
本发明提供的一种微流控芯片的制备方法及微流体驱动装置，该微流控芯片制备方法简单，成本较低，聚二甲基硅氧烷预聚物透明度高，防水性和疏水性好，与固化剂混合后再添加微米软磁颗粒可形成磁流变弹性体；磁流变弹性体可在外部磁场作用下产生快速形变，实现微流体的精确驱动，结构简单，成本低，微流控芯片不会残留液体，保证检测分析结果的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将聚二甲基硅氧烷预聚物与固化剂按重量比20:1～15:1混合搅拌设定时间，放入真空干燥皿中抽真空以去除混合物中的气泡；
步骤二，向混合物中加入微米软磁颗粒，微米软磁颗粒与混合物的重量比为4:1～1:1，混合搅拌设定时间，再放入真空干燥皿中抽真空以去除混合物中的气泡；所述微米软磁颗粒的粒径为2～5μm；
步骤三，将步骤二中得到的混合物浇筑于微通道模具中，再放入真空干燥皿中抽真空以去除气泡，然后放入设定温度的烘箱中烘烤设定时间；
步骤四，将模具放入无水乙醇中浸泡设定时间后，从模具上取下带微通道的磁流变弹性体；
步骤五，用氮气将磁流变弹性体吹净，将磁流变弹性体放入等离子体清洗仪中，通道面朝上放置；
步骤六，将浸泡在丙酮中设定时间的玻璃板取出，用水清洗并用氮气吹干后，放置在等离子体清洗仪中，清洗设定时间；
步骤七，取出磁流变弹性体和玻璃板，进行键合连接，并放入设定温度的烘箱中烘烤老化设定时间后取出；所述玻璃板的厚度为0.2～1mm。。
2.如权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，混合搅拌设定时间为5～10分钟。
3.如权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，烘箱的设定温度为50～70℃。
4.如权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤三中烘烤的设定时间为12～24小时。
5.如权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，烘烤老化设定时间为1～2小时。
6.一种微流体驱动装置，其特征在于，包括用如权利要求1～5任一项所述的微流控芯片的制备方法制备的微流控芯片、基板、驱动电机和支架，所述基板卡设在所述支架的安装孔内，所述基板的第一端面设有与所述驱动电机的驱动端连接适配的凹槽，所述基板的第二端面均周安装有至少两对磁铁组，所述微流控芯片设于所述磁铁组上侧的所述支架上；
所述微流控芯片包括玻璃板和与所述玻璃板键合连接的磁流变弹性体构成的通道，所述通道的入口端与样品池连通。
7.如权利要求6所述的微流体驱动装置，其特征在于，每对所述磁铁组包括同极相贴设置的两个磁铁单体，用以形成梯度磁场。
8.如权利要求6所述的微流体驱动装置，其特征在于，所述基板的第二端面设有盖板，用以固定所述磁铁组。
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