CN111151313A - 一种用于制备亲水性微流控芯片的材料及微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制备亲水性微流控芯片的材料及微流控芯片，所述材料包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂0.1‑5份，色母1‑5份。所述微流控芯片采用该材料，通过注塑一步加工而成。本发明提供的制备亲水性微流控芯片的材料配方简单，亲水助剂不会受到注塑条件的影响而变性，且不会影响到芯片本身的颜色、性状等特性。本发明制备的微流控芯片，无需额外在芯片表面进行亲水改性处理，制备出的芯片即刻具有亲水性，且芯片的非特异性吸附得到有效降低，极大节省芯片生产的时间及工艺成本。

Description

一种用于制备亲水性微流控芯片的材料及微流控芯片
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种用于制备亲水性微流控芯片的材料及由该材料制备的微流控芯片。
背景技术
微流控芯片技术(Microfluidics)是指把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程的技术。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台和装置。
目前用于制备微流控芯片的材料很多，包括无机材料、有机材料、水凝胶以及纸等。高分子聚合物材料近年来已经成为微流控芯片加工的主导材料，它的种类繁多、价格便宜、绝缘性好，可施加高电场实现快速分离，加工成型方便，易于实现批量化生产，得到了越来越多的关注。被广泛应用于制造微流控芯片的聚合物材料主要有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)等，常用到的高聚物材料的加工方式有软光刻技术、热成型技术。
然而高分子聚合物芯片在实际应用时也存在不足之处，例如聚合物材料表面的疏水性，需要额外增加动力泵；表面较强的非特异吸附性质，极大影响检测结果，针对以上问题，一些物理或化学的手段正应用于改变聚合物材料表面的性质，使之满足应用的需要。因此研究简单易行的改性方法以提高其表面亲水性能具有重要意义。
传统的对聚合物芯片改性的方法包括：等离子体改性、紫外光照射改性、纳米涂层改性、物理面面粗糙化、多元化改性等。但等离子体改性和紫外光照射改性时具有较高的设备成本，较大的能耗，复杂的工艺，且改性过程可能对基材表面有损伤，处理后退性快，该缺点极大限制了其在工业生产中的使用。纳米涂层改性方法所制得的涂层有良好的均匀性和稳定性，但涂层干燥时对场地需求高，且后期微流控芯片需要在表面进行抗体包埋等操作，涂层易脱落的问题极大限制了该方法的应用。
发明内容
本发明旨在提供一种可以直接制备亲水性微流控芯片的材料，可通过使用该材料直接进行热注塑生产工艺，生产的微流控芯片即具有亲水性，且不影响芯片结构，使用该材料生产微流控芯片可直接达到芯片表面亲水改性的要求，减少芯片表面的非特异性吸附，无需额外的设备、场地，也不需要对芯片进行额外的处理工艺，极大降低生产的时间及工艺成本。
为了解决上述存在的技术问题以及实现本发明的发明目的，根据本发明的第一方面，提供如下技术方案：
一种用于制备亲水性微流控芯片的材料，包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂0.1-5份，色母1-5份。
在本发明一种优选方案中，所述胶料为二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸中的一种或多种复合聚合物。
在本发明一种优选方案中，所述亲水助剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙烯醇中的至少一种。
在本发明一种优选方案中，用于制备亲水性微流控芯片的材料包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂0.5-2份，色母1-4份。
在本发明一种优选方案中，用于制备亲水性微流控芯片的材料包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂1份，色母2份。
根据本发明的第二方面，提供如下技术方案：
一种亲水性微流控芯片，采用上述的用于制备亲水性微流控芯片的材料制备而成。
在本发明一种优选方案中，所述亲水性微流控芯片采用热注塑成型工艺一步加工而成。
在本发明一种优选方案中，在注塑前，将所述微流控芯片材料烘干，再按照比例混合均匀后倒入注塑机进行生产。
在本发明一种优选方案中，所述热注塑成型工艺中的参数为：喷嘴温度220℃-245℃，注射速度90-110mm/s，模具温度65-75℃，保压压力55-75MPa，保压时间1-3s。
通过上述技术方案，本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的微流控芯片材料配方简单，其中使用的亲水助剂不会受到注塑条件的影响而变性。此外，本发明中使用的亲水助剂不会影响到芯片本身的颜色、性状等物理化学特性。
2.由本发明的微流控芯片材料制备而成的亲水性微流控芯片，亲水性性能优异，且芯片的非特异性吸附得到有效降低。
3.本发明提供的亲水性微流控芯片，可直接通过本发明的微流控芯片材料一步注塑而成，生产出的微流控芯片即刻具有亲水性，无需额外在芯片表面进行亲水改性处理(例如，涂覆亲水涂层、紫外光照射改性等)，从而不影响芯片结构。使用该原料生产微流控芯片不仅可直接达到芯片表面亲水改性的要求，而且能够减少芯片表面的非特异性吸附，无需额外的设备、场地，也不需要对芯片进行额外的处理工艺，极大降低芯片生产的时间及工艺成本。
4.本发明的芯片采用混合高分子材料、通过注塑工艺一次成型，解决了其他材料存在的成本高、透光率低、表面化学行为复杂、键合困难、不易建立稳定生物学修饰体系、易碎、批量精细加工困难等问题。此外，一次成型还能满足芯片批量注塑件的一致性要求高、芯片封装工艺的一致性要求高的需求。
附图说明
图1为PMMA制备的芯片与本发明制备的芯片接触角对比图。
图2为PMMA制备的芯片与本发明制备的芯片非特异性吸附比较结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供的用于制备亲水性微流控芯片的微流控芯片材料，由包括胶料、亲水性助剂、色母的共混物组成。具体地，芯片材料包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂0.1-5份，色母1-5份。优选地，所述胶料为二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸中的一种或多种复合聚合物，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等。亲水助剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙烯醇中的至少一种；色母为专用色母粒。
实施例1
取100份干燥的胶料，1份亲水助剂，2份色母，混合均匀，倒入注塑机，设置注塑参数为：喷嘴温度230℃，注射速度100mm/s，模具温度70℃，保压压力65MPa，保压时间2s，配合使用微流控芯片模具，制备具有亲水性的微流控芯片。
本实施例中所用胶料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；亲水助剂为聚乙烯醇。
实施例2
取100份干燥的胶料，0.1份亲水助剂，1份色母，混合均匀，倒入注塑机，设置注塑参数为：喷嘴温度230℃，注射速度100mm/s，模具温度70℃，保压压力65MPa，保压时间2s，配合使用微流控芯片模具，制备具有亲水性的微流控芯片。
本实施例中所用胶料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；亲水助剂为聚丙烯酸。
实施例3
取100份干燥的胶料，5份亲水助剂，5份色母，混合均匀，倒入注塑机，设置注塑参数为：喷嘴温度230℃，注射速度100mm/s，模具温度70℃，保压压力65MPa，保压时间2s，配合使用微流控芯片模具，制备具有亲水性的微流控芯片。
本实施例中所用胶料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)；亲水助剂为聚乙烯吡咯烷酮。
本发明还制备了由其他配比的原料制备的亲水性微流控芯片，具体原料配比如表1所示。
表1用于制备亲水性微流控芯片的原料配比(重量份)
样品/原料 胶料 亲水助剂 色母
样品1 100 0.5 2
样品2 100 1 1.5
样品3 100 2 2
样品4 100 2.5 5
样品5 100 3.5 1
样品6 100 4 3
实施例4
芯片亲水性与非特异性吸附测试。
对本发明实施例1制备的芯片与以PMMA为原料的芯片(对比例1)的表面亲水性进行对比测试。图1为两种芯片的表面的接触角测试结果，对比例1的以PMMA为原料的芯片表面接触角为约86°，如图1(a)所示，本发明实施例1制备的芯片表面接触角为约33°，如图1(b)所示。结果表明，使用本发明所述的混合原料制备的芯片，表面亲水性优异。此外，采用本发明的材料和方法制备的芯片，可实现永久亲水性。
对本发明实施例1制备的亲水性芯片与以PMMA为原料的芯片(对比例1)的表面非特异性吸附进行对比测试。在实施例1和对比例1两种芯片上包被单抗，并用含有荧光二抗的溶液检测，结果如图2所示，图2中(a)所示为对比例1芯片检测结果，图2中(b)所示为实施例1芯片检测结果。图2的结果显示，图2(b)的检测信号明显强于图2(a)的检测信号，表明使用本发明所述的混合原料制备芯片大大降低了非特异性吸附，显著增加了检测信号的信噪比。
以上结果说明通过该混合原料制备的芯片极大满足了微流控芯片流动所需的亲水性条件，同时降低芯片的非特异性吸附，解决了限制微流控发展的技术性难题。此外，本发明提供的制备方法能够实现芯片的批量生产，并且满足生产出的芯片的一致性要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于制备亲水性微流控芯片的材料，其特征在于，包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂0.1-5份，色母1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性微流控芯片的材料，其特征在于，所述胶料为二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯、丙烯酸中的一种或多种复合聚合物。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备亲水性微流控芯片的材料，其特征在于，所述亲水助剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乙烯醇中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于制备亲水性微流控芯片的材料，其特征在于，包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂0.5-2份，色母1-4份。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于制备亲水性微流控芯片的材料，其特征在于，包括如下重量份原料：胶料100份，亲水助剂1份，色母2份。
6.一种亲水性微流控芯片，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的用于制备亲水性微流控芯片的材料制备而成。
7.根据权利要求6所述的一种亲水性微流控芯片，其特征在于，所述亲水性微流控芯片采用热注塑成型工艺一步加工而成。
8.根据权利要求7所述的一种亲水性微流控芯片，其特征在于，在注塑前，将所述材料烘干，再按照比例混合均匀后倒入注塑机进行生产。
9.根据权利要求7所述的一种亲水性微流控芯片，其特征在于，所述热注塑成型工艺中的参数为：喷嘴温度220℃-245℃，注射速度90-110mm/s，模具温度65-75℃，保压压力55-75MPa，保压时间1-3s。
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