CN111714931B - 透过式固相微萃取微流控装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种透过式固相微萃取微流控装置及其制作方法，该微流控装置包括固相微萃取薄膜和与之键合上层微流控芯片及下层微流控芯片，上层微流控芯片与固相微萃取薄膜键合形成密闭的萃取液流道；下层微流控芯片与固相微萃取薄膜键合形成微萃取储液池；流道的出口位于上层、下层微流控芯片的尖端处以形成电喷雾喷嘴；其中，注入萃取液流道中的萃取液通过固相微萃取薄膜对样品进行透过式固相微萃取，在进行固相微萃取后，通过在流道的入口注入驱动介质，驱动含有目标分析物的萃取液从喷嘴排出，并通过对萃取液施加高压电形成电喷雾。该透过式固相微萃取微流控装置既可以实现固相微萃取，而且还可以很方便地与质谱仪联用直接进样。

Description

透过式固相微萃取微流控装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及固相微萃取技术，特别是涉及一种透过式固相微萃取微流控装置及其制作方法。

背景技术

1990年，Pawliszyn等首次明确提出固相微萃取的概念，相较于固相萃取，保存了其溶剂消耗量少、萃取时间短的优点；同时克服了其空白背景高、堵塞固定相等缺点。该固相微萃取装置主体是一个注射器，核心部件是表面涂敷有机固定相或无机吸附剂的石英光导纤维。萃取时，将其针头放在被测样品中，推出石英纤维，对样品中目标组分进行富集萃取；萃取完成，将纤维拉回针头，进行储存；解吸时，直接插入气相色谱进样口加热解吸，并入色谱柱分离后检测。

Qin等于2009年提出，可以用折叠的铜网来保护固相微萃取薄膜；同时，由于铜离子的杀菌作用，该方法还可以抑制薄膜上微生物的生长。该方法分为5个步骤：1.第一是铜网的打孔。在铜网的左侧铣削出一个大孔，在铜网的右侧铣削一个小孔。其中大孔用于目标分析物进入薄膜和萃取后薄膜的取出；而小孔的大小只能让小型的螺丝刀通过，其作用是支撑薄膜，防止薄膜在取样时掉落。2.第二是铜网的折叠。折叠铜网并且通过焊接的方式将边缘焊死。至此，一个一端开口的铜网口袋就做好了。3.第三是薄膜的放入。将固相微萃取薄膜放入口袋，口袋通过螺丝连接在取样杆上。4.第四是薄膜的取出。在萃取完成后，用小型螺丝刀穿过小孔将薄膜从大孔推出。5.第五是薄膜的储藏。富含分析物的薄膜需要被保护在两端密封的干净试管里，此举有助于防止分析物流失和防止分析物被污染。

已有技术存在的缺陷和问题：

固相微萃取头:

1.很多目标分析物和固相微萃取头的固体涂层强吸附，只有高温才能完成解吸附。对于极性化合物来说，高温往往会导致其降解。

2.固相微萃取头的固体涂层容量有限，所以其饱和度低，线性校准范围低。而液体涂层克服了固体涂层的缺点，原因是液体涂层是吸收性萃取。其中固相微萃取薄膜往往采用液体涂层。

固相微萃取薄膜用铜网夹持萃取：

1.薄膜裸露在外，较为脆弱。

2.萃取洗脱不在一起。

3.干扰组分可能有残留。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述技术缺陷中的至少一种，提供一种透过式固相微萃取微流控装置及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种透过式固相微萃取微流控装置，包括固相微萃取薄膜、上层微流控芯片以及下层微流控芯片，所述固相微萃取薄膜的上、下表面分别与所述上层微流控芯片及所述下层微流控芯片键合，所述上层微流控芯片的朝所述固相微萃取薄膜的一面上设有流道，所述上层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜键合后使所述流道形成为密闭的萃取液流道；所述下层微流控芯片上设有开口朝所述固相微萃取薄膜的储液池，所述下层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜键合后使所述储液池形成为微萃取储液池；所述上层微流控芯片和所述下层微流控芯片具有键合在一起的尖端，所述流道的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成电喷雾喷嘴；其中，注入所述微萃取储液池中的样品与所述固相微萃取薄膜直接接触，注入所述萃取液流道中的萃取液通过所述固相微萃取薄膜对所述样品进行透过式固相微萃取，在进行固相微萃取后，通过在流道的入口注入驱动介质，驱动含有目标分析物的所述萃取液从所述喷嘴排出，并通过对所述萃取液施加高压电形成电喷雾。

进一步地，所述固相微萃取薄膜、所述上层微流控芯片以及所述下层微流控芯片为聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料。

进一步地，所述储液池为贯通所述下层微流控芯片的上下表面的腔室，在固相微萃取时将所述微流控装置翻转，使所述下层微流控芯片位于所述上层微流控芯片的上方。

进一步地，所述固相微萃取薄膜覆盖所述流道的全部区域。

进一步地，所述流道至少在对应于所述储液池的区域为蜿蜒曲折结构的M型流道。

进一步地，所述固相微萃取薄膜与所述上层微流控芯片及所述下层微流控芯片键合通过氧等离子键合。

进一步地，所述驱动介质为洗脱液。

一种制作所述的透过式固相微萃取微流控装置的方法，包括如下步骤：

分别制作固相微萃取薄膜、上层微流控芯片以及下层微流控芯片，其中，使所述上层微流控芯片的朝所述固相微萃取薄膜的一面上形成流道，并使所述下层微流控芯片上设有开口朝所述固相微萃取薄膜的储液池；

将所述上层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜的一面键合，使所述流道形成为密闭的萃取液流道；将所述下层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜的另一面键合，使所述储液池形成为微萃取储液池；其中，所述上层微流控芯片和所述下层微流控芯片具有键合在一起的尖端，所述流道的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成电喷雾喷嘴。

进一步地，所述固相微萃取薄膜、所述上层微流控芯片以及所述下层微流控芯片为PDMS，所述PDMS由质量比为1：5到1：20，更优选为1：10的PDMS基液与固化剂混合形成。

进一步地，所述固相微萃取薄膜采用甩胶法并利用具有牺牲层的硅片来制备，所述上层微流控芯片以及所述下层微流控芯片采用软光刻加工工艺来制备。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种透过式固相微萃取微流控装置，包括上层微流控芯片、下层微流控芯片以及键合在上层与下层微流控芯片之间的固相微萃取薄膜，形成三明治结构，所述上层微流控芯片设有流道，所述上层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜键合后使所述流道形成为密闭的萃取液流道；所述下层微流控芯片上设有开口朝所述固相微萃取薄膜的储液池，所述下层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜键合后使所述储液池形成为微萃取储液池；并且所述上层微流控芯片和所述下层微流控芯片具有键合在一起的尖端，所述流道的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成喷嘴；使用时，注入所述微萃取储液池中的样品与所述固相微萃取薄膜直接接触，注入所述萃取液流道中的萃取液(例如乙醇等有机溶剂)通过所述固相微萃取薄膜对所述样品(例如复杂基质)进行透过式固相微萃取，将所述样品和所述萃取液完全隔开，干扰组分被留在复杂基质中，而目标分析物组分则透过固相微萃取薄膜进入萃取液中；在进行固相微萃取后，通过在流道的入口注入驱动介质，驱动含有目标分析物的所述萃取液从所述喷嘴排出，并通过对所述萃取液施加高压电形成电喷雾，因此，本发明的透过式固相微萃取微流控装置不仅可以实现固相微萃取，而且还可以很方便地与质谱仪联用，通过电喷雾直接进行质谱仪进样，来实现物质分析，即，同时实现从复杂基质样品中萃取得到净化的目标分析物和电喷雾进样这两种功能。

在优选的方案中，本发明还能够获得进一步的优点，例如，流道设计为M型，显著增大了流道与固相微萃取薄膜的接触面积，可以在不增加薄膜的厚度的前提下增加萃取量，提高灵敏度，提高萃取效率。

附图说明

图1为本发明一种实施例的透过式固相微萃取微流控装置的分解结构示意图。

图2为本发明一种实施例的透过式固相微萃取微流控装置的透视结构图。

图3为本发明一种实施例的透过式固相微萃取微流控装置的制作流程示意图。

图4为本发明一种实施例中制作上层微流控芯片以及下层微流控芯片的硅片模板的示意图。

图5为本发明一种实施例中使用硅片模板制作上层微流控芯片以及下层微流控芯片的示意图。

图6(a)为将2ppm孔雀石绿鱼血样直接进行质谱仪进样的分析结果图。

图6(b)为将2ppm孔雀石绿鱼血样通过本发明实施例的透过式微萃取微流控芯片进行质谱仪进样的分析结果图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1和图2，本发明实施例提供一种透过式固相微萃取微流控装置，包括固相微萃取薄膜2、上层微流控芯片1以及下层微流控芯片3，所述固相微萃取薄膜2的上、下表面分别与所述上层微流控芯片1及所述下层微流控芯片3键合，所述上层微流控芯片1的朝所述固相微萃取薄膜2的一面上设有流道4，所述上层微流控芯片1与所述固相微萃取薄膜2键合后使所述流道4形成为密闭的萃取液流道；所述下层微流控芯片3上设有开口朝所述固相微萃取薄膜2的储液池7，所述下层微流控芯片3与所述固相微萃取薄膜2键合后使所述储液池7形成为微萃取储液池7；所述上层微流控芯片1和所述下层微流控芯片3具有键合在一起的尖端，所述流道4的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成电喷雾喷嘴5。

使用时，注入所述微萃取储液池7中的样品与所述固相微萃取薄膜2直接接触，注入所述萃取液流道中的萃取液(例如乙醇等有机溶剂)通过所述固相微萃取薄膜2对所述样品(例如复杂基质)进行透过式固相微萃取，将所述样品和所述萃取液完全隔开，干扰组分被留在复杂基质中，而目标分析物组分则透过固相微萃取薄膜2进入萃取液中；在进行固相微萃取后，通过在流道4的注入孔6注入驱动介质，驱动含有目标分析物的所述萃取液从所述喷嘴5排出，并通过对所述萃取液施加高压电形成电喷雾，因此，本发明的透过式固相微萃取微流控装置不仅可以实现固相微萃取，而且还可以很方便地与质谱仪联用，通过电喷雾直接进行质谱仪进样，来实现物质分析，即，同时实现从复杂基质样品中萃取得到净化的目标分析物和电喷雾进样这两种功能。

在优选的实施例中，所述固相微萃取薄膜2、所述上层微流控芯片1以及所述下层微流控芯片3为PDMS材料。所述固相微萃取薄膜2为PDMS材料时，而微流控芯片也可以是玻璃和其他一切可以和PDMS键合的材料。较佳的，所述PDMS材料由质量比为1：5到1：20的PDMS基液与固化剂混合形成。更佳的，所述PDMS材料由质量比为1：10的PDMS基液与固化剂混合形成。

在优选的实施例中，所述储液池7为贯通所述下层微流控芯片3的上下表面的腔室，在固相微萃取时将所述微流控装置翻转，使所述下层微流控芯片3位于所述上层微流控芯片1的上方。

在优选的实施例中，所述固相微萃取薄膜2覆盖所述流道4的全部区域。应理解，所述固相微萃取薄膜2覆盖在所述流道4与所述微萃取储液池7之间即可实现固相微萃取。

在优选的实施例中，所述流道4至少在对应于所述储液池7的区域为蜿蜒曲折结构的M型流道4。将流道4设计为蜿蜒曲折结构的M型，显著增大了流道4与固相微萃取薄膜2的接触面积，可以在不增加薄膜的厚度的前提下增加萃取量，提高萃取的灵敏度，提高萃取效率。

在优选的实施例中，所述固相微萃取薄膜2与所述上层微流控芯片1及所述下层微流控芯片3键合通过氧等离子键合。

在优选的实施例中，所述驱动介质为洗脱液。

参阅图1至图5，本发明实施例还提供一种制作所述的透过式固相微萃取微流控装置的方法，包括如下步骤：

分别制作固相微萃取薄膜2、上层微流控芯片1以及下层微流控芯片3，其中，使所述上层微流控芯片1的朝所述固相微萃取薄膜2的一面上形成流道4，并使所述下层微流控芯片3上设有开口朝所述固相微萃取薄膜2的储液池7；

将所述上层微流控芯片1与所述固相微萃取薄膜2的一面键合，使所述流道4形成为密闭的萃取液流道；将所述下层微流控芯片3与所述固相微萃取薄膜2的另一面键合，使所述储液池7形成为微萃取储液池7；其中，所述上层微流控芯片1和所述下层微流控芯片3具有键合在一起的尖端，所述流道4的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成电喷雾喷嘴5。

在优选的实施例中，所述固相微萃取薄膜2、所述上层微流控芯片1以及所述下层微流控芯片3为PDMS，所述PDMS由质量比为1：5到1：20，更优选为1：10的PDMS基液与固化剂混合形成。

在优选的实施例中，所述固相微萃取薄膜2采用甩胶法并利用具有牺牲层的硅片来制备，所述上层微流控芯片1以及所述下层微流控芯片3采用软光刻加工工艺来制备。

以下进一步描述本发明的具体实施例的透过式固相微萃取微流控装置及其制备工艺。

如图1至图3所示，所述透过式固相微萃取微流控装置包括固相微萃取薄膜2和上、下两层微流控芯片1、3，固相微萃取薄膜2和上下两层微流控芯片1、3键合在一起，形成三明治结构。固相微萃取薄膜2在内部受到保护。固相微萃取薄膜2和微流控芯片的材料选择PDMS。固相微萃取薄膜2可采用甩胶法和牺牲层来制备。微流控芯片的加工工艺可采用软光刻技术，键合薄膜和芯片采用了氧等离子键合。制造固相微萃取微流控装置的流程如图3所示。

上、下两层微流控芯片1、3和PDMS固相微萃取薄膜2进行等离子键合后形成三明治结构的固相微萃取微流控装置，可以与质谱进行联用，实现固相微萃取和进样双重目的。上层微流控芯片1和PDMS固相微萃取薄膜2进行键合，形成M型的密闭的流道。上层微流控芯片1也作为微流控洗脱模块。下层微流控芯片3作为微流控储液模块，和PDMS微萃取薄膜键合，形成储液池，可容纳样品。生物样品直接注入储液池中，和PDMS微萃取薄膜进行直接接触，进行透过式微萃取。在进行固相微萃取后，再通过洗脱液注入管8向流道注入洗脱液，使已经包含目标分析物的萃取液从喷嘴排出，通过对所述萃取液施加高压电形成电喷雾，实现向质谱仪进样。

PDMS固相微萃取薄膜一方面和微流控洗脱模块键合，形成运输和控制萃取液的流道，一方面和微流控储液模块键合，形成储液池，用于保存复杂基质样品。在萃取时，复杂基质中干扰组分(无机盐，蛋白质，脂肪)无法透过PDMS薄膜进入萃取液中，目标组分(孔雀石绿，结晶紫，酚酞等)可以透过PDMS薄膜进入萃取液中。

使用本发明实施例的用透过式固相微萃取微流控装置对复杂基质进行样品前处理，去除样品中的蛋白质、无机盐、脂肪等干扰组分，只让目标组分(例如鱼血鱼肉中违法添加的孔雀石绿和结晶紫，保健品中违法添加的酚酞)透过固相微萃取薄膜2从样品溶液中进入萃取液中，并且联合质谱仪(或者其他检测仪器)对其进行定量检测。

此外，本发明实施例的用透过式固相微萃取微流控装置还可以用于实现对特定目标分析物的纯化。

所述透过式固相微萃取微流控装置的具体使用过程如下：

(1)上样过程：在上样之前，先取出透过式微萃取微流控芯片，对其进行预处理。用移液枪移取90μl的萃取液注入到微流控芯片萃取流道内，这一步是清洗和激活微萃取薄膜。然后，再加入10μl的萃取液进入微流控芯片萃取流道内，因为微流控芯片萃取流道的体积为10μl,这些萃取液会暂时储存于流道而不流失。将微流控芯片翻过来，加入300μl的鱼血样品，再将其置于干净的培养皿上等待微萃取。其中，孔雀石绿的萃取时间为20min,结晶紫的萃取时间为40min,孔雀石绿和结晶紫的萃取时间为40min。

(2)洗脱过程：在微萃取过后，回收鱼血样品，将含有10μl萃取液的透过式微流控芯片放置于三维平移台上，调整XYZ轴使得芯片的电喷雾喷口对准质谱的入口。借助于微流体驱动控制系统的储液池，以2μl/min的速度向萃取流道注入洗脱液(成分和萃取液一致)。将4.5KV高压直流电加载到微流控芯片上，形成电喷雾。

(3)记录过程：利用计算机记录下质谱图像，便于实验结束后进行分析。

固相微萃取薄膜的制造

固相微萃取薄膜的材料优选为PDMS。以下描述PDMS固相微萃取薄膜的制作方法。

试剂与设备

微萃取薄膜的制造过程中所用的试剂有：SU-8负胶2025、丙酮、去离子水、PDMS基液和固化剂。丙酮和去离子水均为色谱级别。试剂具体信息见表1。制造过程用的设备如下：匀胶机、热板、真空干燥器、恒温烤箱。具体信息及用途如下：

表1微萃取薄膜制造工艺试剂

热板的最高温度可以达到300℃，可控制升温的速率分阶段加热，具有Lift pin定时取片功能。

匀胶机的转速调节范围为300～8000rpm，匀胶时间设置范围为0-200s，可以设置不同转速分段完成匀胶过程，托盘尺寸有2寸、3寸、4寸和6寸。

真空干燥器用于PDMS脱泡。

固相微萃取薄膜的制备

制备PDMS固相微萃取薄膜的主要步骤有：配液、真空脱泡、牺牲层制备、PDMS薄膜制备。具体工艺流程如下：

(1)配液：配制PDMS的固化剂：PDMS基液质量比为1：5到1：20。固相剂含量越多，其交联强度越高，其未交联的低聚物分子就越少，固相微萃取时析出就越少；但同时薄膜就会越脆，易于破裂。优选地，固化剂：PDMS基液配比为1：10。使用洁净的玻璃棒搅拌5min，使PDMS基液和固化剂混合均匀。

(2)真空脱泡：将混合均匀的PDMS材料放入真空干燥器进行脱泡，时间为15分钟，当无明显气泡时，将PDMS取出。为了防止空气中的灰尘进入PDMS,可以用保鲜膜封住装PDMS的容器口。

(3)牺牲层制备：将负性光刻胶(SU-8 2025)倾倒在3英寸的硅片上，用匀胶机以6000rpm的转速进行匀胶，匀胶30s。将硅片转移到120℃热板上烘烤6min。由于光致抗蚀剂的水分蒸发，使晶片边缘的某些地方暴露出来，由被光刻胶覆盖变为裸露的硅面。

(4)PDMS薄膜的制备：将PDMS倾倒在已有牺牲层的硅片上，用匀胶机以6000rpm的转速进行匀胶，匀胶30s，然后在120℃的热板上烘烤10min，PDMS薄膜的中心部分与硅片隔着牺牲层，仅在硅片的裸露边缘部分处与硅片直接粘接。由于PDMS薄膜在边缘部分与硅片粘接，整个PDMS薄膜能够保持平坦，避免发生PDMS自卷曲而影响PDMS薄膜和上层微流控芯片的键合。将该硅片放入一个培养皿中，并用锡箔纸包住，以免SU-82025负性光刻胶的曝光。

微萃取芯片制造

微萃取芯片的制造过程中用到的试剂有：SU-8负胶2100、SU-8负胶显影液、异丙醇、去离子水、PDMS基液和固化剂。异丙醇和去离子水均为色谱级别。试剂具体见表2。

表2微萃取芯片制造工艺试剂

制造过程所用的设备包括匀胶机、热板、真空干燥器、恒温烤箱、光刻机。其中匀胶机、热板、真空干燥器、恒温烤箱如前文所述，光刻机可产生紫外光，使SU-8负胶发生交联的反应。

硅片模板光刻流程

用于制作上、下两层微流控芯片的硅片模板10采用标准的光刻工艺制备。光刻工艺按照加工的顺序主要包括如下步骤：准备晶片、旋涂负性SU-82100光刻胶、软烤、紫外曝光、曝光后烘烤、显影、硬烘烤、校验检查。

(1)准备晶片：带上一次性手套，将洁净的3英寸硅片用镊子从储藏室取出，放在120℃的热板上烘烤15分钟，完全去除硅片表面上可能附着的水分，利于光刻胶黏附于硅片表面。

(2)旋涂负性SU-8 2100光刻胶：选用SU-8 2100光刻胶是为了保证流道的深度达到130um,这样整体流道的流阻就会较小，当洗脱液注入流道时，薄膜不会破裂。旋涂前先调平匀胶机。匀胶分为2个阶段，第一阶段转速500rpm,旋涂20秒，将光刻胶平摊于硅片表面。第二阶段转速为2500rpm,旋涂30秒，控制光刻胶厚度在130um左右。为了保证光刻胶分布在硅片上厚度均匀，且SU-2100光刻胶的粘度较大，将其静置30分钟。

(3)软烤：调平热板，在静置光刻胶的时间，设置热板加热模式。第一阶段，匀速加热，以15℃/min从室温20℃加热到95℃；第二阶段，恒温阶段，保持95℃为12min；第三阶段，降温阶段，自然空气冷却到室温。设计一个匀速加热的阶段，能够有效避免光刻胶骤然受热，内部的机械应力不均匀，导致曝光后脱胶。将硅片放在热板中央，按照已经设置好的加热模式进行加热。这一步的目的是略微除去光刻胶中的水分，为了曝光做准备。

(4)紫外曝光：将掩膜版9贴在玻璃板上，而硅片放置在光刻机的3寸圆盘上，用真空泵将硅片吸附在光刻台上的玻璃板进行曝光。曝光时间考虑三个方面的因素，第一，光刻机的紫外光功率；第二，光刻胶的厚度；第三，流道的面积。曝光时间优选为20s，在获得面积较大的流道的前提下，避免曝光后部分流道脱胶。

(5)曝光后烘烤：将硅片放在95℃的热板中央烘烤15min。这一步给被曝光的光刻胶交联提供能量。硅片从光刻台上被取下后立刻进行烘烤，确保交联完全。

(6)显影：将已经冷却的完成后烘的硅片用镊子移至显影液进行显影，显影时间为5min。可以用镊子轻微摆动硅片，使显影液冲刷流道。等到微流道显影清晰，取出硅片。用异丙醇冲洗硅片，如果无白色絮状物出现，证明显影完全；有白色絮状物出现，则要将硅片继续显影。显影完全的硅片用氮气吹干，进行下一步。显影时间不能过长，过长会使光刻胶和硅片之间的粘附力减弱，可能出现脱胶。

(7)硬烘烤：将硅片放置于120℃的热板上进行烘烤2小时，进一步消除光刻胶中的机械应力。

(8)校验检查：将硅片放置在光学显微镜下，选取合适的倍数进行检查，观察流道是否完整，有无缺失。

参阅图3和图4，上述过程获得用于制作上层微流控芯片的硅片模板11和用于制作下层微流控芯片的硅片模板12。

PDMS微流控芯片制造过程

PDMS是一种化学惰性的透明材料，加工工艺简单，可以精确地转印模板上的微流道图形。PDMS微流控芯片的制作可包括如下步骤：配液、真空脱泡、浇筑硅片、真空脱泡、加热烘烤、剥离脱模、切割打孔，具体工艺流程如下：

(1)配液：PDMS由基液和固化剂构成，在实验中使用电子天平精确称量固化剂：基液配比为1：10的PDMS,使用洁净的玻璃棒搅拌5min，使基液和固化剂混合均匀。

(2)真空脱泡：将混合均匀的PDMS放入真空干燥器进行脱泡，时间为15分钟，当无明显气泡时，将PDMS取出。为了防止空气中的灰尘进入PDMS,可以用保鲜膜封住装PDMS的容器口。

(3)浇筑硅片：将PDMS浇筑于硅片的边缘，让其自然流淌覆盖流道。厚度控制在4mm到6mm之间。厚度低于3mm，往往在打孔处会出现裂纹，这是由于当用钢针注入洗脱液时，打孔处受力。厚度高于8mm,打孔可能会遇到困难，因为打孔器的针只有1cm。

(4)真空脱泡：将浇筑了PDMS的硅片模板放入真空干燥器中，脱泡20分钟。当培养皿中没有明显气泡时，将培养皿从真空干燥器取出，且用洗耳球吹去PDMS表面的气泡。

(5)加热烘烤：将恒温干燥箱调成80℃，并且将培养皿调平放入，烘烤30分钟。

(6)剥离脱模：将培养皿取出，小心地用手术刀沿硅片模板边缘切割，一定要切到底。小心且缓慢地将PDMS从硅片模板上剥离，此时模板上地微流道图形已经被转印到PDMS上。

(7)切割打孔：使用手术刀沿着芯片的边缘切割PDMS,得到微流控芯片地洗脱模块和储液模块。对于洗脱模块，用直径0.75mm打孔器在进样口进行打孔：对于储液模块，用手术刀贯通储液池。

脱模和打孔过程参阅图5。

微流控芯片和微萃取薄膜键合

作为透过式微萃取微流控芯片制造的最后一步，也是本研究最大的创新点，就是将净化复杂基质和进样有机结合进微流控芯片中。其中，净化基质通过PDMS微萃取薄膜完成，进样通过PDMS微流控芯片完成，而键合两者，则是完成了功能的有机结合。同时，为了进一步提高信噪比，先预处理该透过式微萃取微流控芯片，使其变得干净，尽量消除PDMS其在质谱进样时的质谱背景噪声。

键合和预处理所用的试剂可以包括去离子水和丙酮，这两者都是色谱级别。所用的设备主要包括恒温烤箱和氧等离子清洗机。

键合主要包括如下步骤：牺牲层的去除、洗脱模块和薄膜键合、软烘烤、储液模块和薄膜键合、硬烘烤、预处理。具体工艺流程如下：

(1)牺牲层的去除：将表面覆盖着PDMS的硅片放入丙酮中30分钟，以去除硅片和薄膜之间的牺牲层。牺牲层被完全去除洗净后，仅硅片的边缘连接着PDMS，已经固化好的PDMS仍然保持着平坦。通过该操作，不仅除去了牺牲层，也预处理该PDMS薄膜，将薄膜中PDMS未联接的低聚物洗去。再将此硅片放入去离子水中10分钟，以洗净其中的丙酮。

(2)洗脱模块和薄膜键合：将洗脱模块流道面朝上放入等离子清洗机中，表面处理2分钟。拿出洗脱模块后，迅速用胶带清洁PDMS流道面，去除表面灰尘后，直接倒扣在PDMS薄膜上。

(3)软烘烤：将洗脱模块和连着硅片的PDMS薄膜一起放入80℃的恒温烤箱，软烘烤10min。然后将硅片取出，用刀具去除硅片边缘薄膜和硅片的连接。然后，先从硅片360度周边向中心揭开薄膜至与微流控芯片边缘键合处，再连着洗脱模块一起将薄膜整体从硅片上揭下来。然后将其放入120℃的烤箱烘烤2小时。

(4)储液模块和薄膜键合：将储液模块平滑面朝上放入等离子清洗机中，表面处理2分钟。拿出储液模块后，迅速用胶带清洁平滑面，将其和洗脱模块上的薄膜对齐后键合到一起。

(5)硬烘烤：将芯片放入80℃烤箱中烘烤72h，用来增强键合的强度，同时进一步固化PDMS用以定型。

(6)预处理：将固化完全的芯片取出，首先用手术刀小心地割去裸露在芯片外的多余薄膜，再将芯片放入丙酮中2小时。此步是为了进一步消除芯片中未连接的低聚物对质谱的影响。原理是预先将芯片中未连接的低聚物洗出，那么在进样的时候，质谱背景就没有芯片的干扰。再将芯片放入去离子水中3小时，洗去丙酮和低聚物。

透过式固相微萃取微流控装置的整个制备过程参阅图3。

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (11)

1.一种透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，包括固相微萃取薄膜、上层微流控芯片以及下层微流控芯片，所述固相微萃取薄膜的上、下表面分别与所述上层微流控芯片及所述下层微流控芯片键合，所述上层微流控芯片的朝所述固相微萃取薄膜的一面上设有流道，所述上层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜键合后使所述流道形成为密闭的萃取液流道；所述下层微流控芯片上设有开口朝所述固相微萃取薄膜的储液池，所述下层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜键合后使所述储液池形成为微萃取储液池；所述上层微流控芯片和所述下层微流控芯片具有键合在一起的尖端，所述流道的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成电喷雾喷嘴；其中，注入所述微萃取储液池中的样品与所述固相微萃取薄膜直接接触，注入所述萃取液流道中的萃取液通过所述固相微萃取薄膜对所述样品进行透过式固相微萃取，在进行固相微萃取后，通过在流道的入口注入驱动介质，驱动含有目标分析物的所述萃取液从所述电喷雾喷嘴排出，并通过对所述萃取液施加高压电形成电喷雾。

2.如权利要求1所述的透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，所述固相微萃取薄膜、所述上层微流控芯片以及所述下层微流控芯片为PDMS材料。

3.如权利要求1或2所述的透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，所述储液池为贯通所述下层微流控芯片的上下表面的腔室，在固相微萃取时将所述微流控装置翻转，使所述下层微流控芯片位于所述上层微流控芯片的上方。

4.如权利要求1至2任一项所述的透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，所述固相微萃取薄膜覆盖所述流道的全部区域。

5.如权利要求1至2任一项所述的透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，所述流道至少在对应于所述储液池的区域为蜿蜒曲折结构的M型流道。

6.如权利要求1至2任一项所述的透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，所述固相微萃取薄膜与所述上层微流控芯片及所述下层微流控芯片键合通过氧等离子键合。

7.如权利要求1至2任一项所述的透过式固相微萃取微流控装置，其特征在于，所述驱动介质为洗脱液。

8.一种制作如权利要求1至7任一项所述的透过式固相微萃取微流控装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别制作固相微萃取薄膜、上层微流控芯片以及下层微流控芯片，其中，使所述上层微流控芯片的朝所述固相微萃取薄膜的一面上形成流道，并使所述下层微流控芯片上设有开口朝所述固相微萃取薄膜的储液池；

将所述上层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜的一面键合，使所述流道形成为密闭的萃取液流道；将所述下层微流控芯片与所述固相微萃取薄膜的另一面键合，使所述储液池形成为微萃取储液池；其中，所述上层微流控芯片和所述下层微流控芯片具有键合在一起的尖端，所述流道的出口位于所述尖端处从而在所述尖端处形成电喷雾喷嘴。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述固相微萃取薄膜、所述上层微流控芯片以及所述下层微流控芯片为PDMS，所述PDMS由质量比为1：5到1：20的PDMS基液与固化剂混合形成。

10.权利要求9所述的方法，其特征在于，所述PDMS由质量比为1：10的PDMS基液与固化剂混合形成。

11.如权利要求8至10任一项所述的方法，其特征在于，所述固相微萃取薄膜采用甩胶法并利用具有牺牲层的硅片来制备，所述上层微流控芯片以及所述下层微流控芯片采用软光刻加工工艺来制备。