CN112387316A - 一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用 - Google Patents

一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112387316A
CN112387316A CN201910763812.4A CN201910763812A CN112387316A CN 112387316 A CN112387316 A CN 112387316A CN 201910763812 A CN201910763812 A CN 201910763812A CN 112387316 A CN112387316 A CN 112387316A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
microfluidic chip
base
micro
soil
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.)
Granted
Application number
CN201910763812.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112387316B (zh
Inventor
葛体达
祝贞科
王季婓
袁红朝
魏晓梦
王东东
吴金水
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 Subtropical Agriculture of CAS
Original Assignee
Institute of Subtropical Agriculture of 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 Subtropical Agriculture of CAS filed Critical Institute of Subtropical Agriculture of CAS
Priority to CN201910763812.4A priority Critical patent/CN112387316B/zh
Publication of CN112387316A publication Critical patent/CN112387316A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112387316B publication Critical patent/CN112387316B/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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/34—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving hydrolase
    • C12Q1/42—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving hydrolase involving phosphatase
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • 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
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • 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
    • B01L2300/12—Specific details about materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明涉及微流控芯片技术领域，具体涉及一种3D微流控芯片模型、3D微流控芯片及其制备方法和应用。本发明提供的3D微流控芯片模型，包括模具2和位于模具2底部的底座1；所述底座1包括底板1‑1和侧壁1‑2；所述模具2包括本体2‑1和设置于本体2‑1下表面的若干凸起2‑2；所述凸起2‑2的高度大于等于所述侧壁1‑2的高度。采用本发明提供的3D微流控芯片模型能够成功构建3D微流控芯片，可以用于观察土壤生物地球化学界面动态变化，能够实现多个不同样品的同时培养，能在短时间尺度和有限体积的分析物上进行元素含量、酶活性定性或定量检测。

Description

一种3D微流控芯片模型、3D微流控芯片及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，具体涉及一种3D微流控芯片模型、3D微流控芯片及其制备方法和应用。
背景技术
土壤自然体是一个包含固、液、气三相的多组分开放物质系统，土壤环境是土壤组分、植物根系、土壤生物和土壤溶液等各种微界面的集合体；其中，土壤固相和土壤溶液交界处形成的微界面是土壤中最活跃的点位之一。土壤生物地球化学界面过程是土壤中在生物参与下的物理和化学反应，包括氧化和还原、溶解和沉淀、吸附和解吸、转化和矿化、细菌生化反应及生物扰动等，因此，土壤生物地球化学界面被认为是土壤—微生物相互作用热点区域。
传统的土壤处理方式和研究方法往往是针对均一化的处理土壤样品，虽然揭示了土壤总体情况，却忽略了关键元素与微生物的微观高度异质性，在土壤生物地球化学界面上，关键元素与微生物接触距离的远近形成微生物作用的暗区与热点区域，而这些热点区域被目前均一化、均质化的研究所忽略了。微流控芯片技术，作为一种微加工和微操作手段，被广泛应用于微尺度环境和生物相互作用研究中，目前，微流体技术已应用于多种研究领域，包括化学合成、DNA分析、蛋白质组学、单细胞分析、组织工程、高通量筛选、环境分析和医学诊断。然而，微流控技术在土壤微生态学中应用还处在初级阶段，相关土壤微观过程的研究少见报道，构建用于研究土壤生物地球化学界面过程的微流控芯片具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D微流控芯片模型、3D微流控芯片及其制备方法和应用。采用本发明提供的3D微流控芯片模型能够成功构建3D微流控芯片，可以用于观察土壤生物地球化学界面动态变化，能够实现多个不同样品的同时培养，能在短时间尺度和有限体积的分析物上进行元素含量、酶活性定性或定量检测。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种3D微流控芯片模型，包括模具2和位于模具2底部的底座1；
所述底座1包括底板1-1和侧壁1-2；所述模具2包括本体2-1和设置于本体2-1下表面的若干凸起2-2；所述凸起2-2的高度大于等于所述侧壁1-2的高度。
优选地，所述3D微流控芯片模型还包括固定板3，所述固定板3上设置有底座固定孔3-1和模具固定孔3-2；
所述侧壁1-2上设置有底座固定柱1-3，所述底座1与固定板3通过底座固定柱1-3和底座固定孔3-1可拆卸连接；
所述本体2-1的上表面设置有模具固定柱2-3，所述模具2与固定板3通过模具固定柱2-3和模具固定孔3-2可拆卸连接。
本发明提供了一种3D微流控芯片，包括基片4和芯片主体5，所述基片4位于芯片主体5的底部；所述芯片主体5由聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂注入上述技术方案所述的3D微流控芯片模型中得到。
优选地，所述基片4的材质为玻璃或硅片。
优选地，所述芯片主体5中分布有若干腔体5-1，所述腔体5-1的高度等于所述侧壁1-2的高度；所述腔体5-1的形状与所述凸起2-2的形状一致。
本发明还提供了上述技术方案所述3D微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂混合后注入3D微流控芯片模型中，固化后，得到芯片主体5；
将所述芯片主体5和基片4分别进行氧等离子体处理，贴合后，得到所述3D微流控芯片。
优选地，所述聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的质量比为13:1。
优选地，所述固化的温度为55℃，所述固化的时间为4h。
优选地，所述氧等离子体处理的电压为420V，腔体氧气流速为800mL/min。
本发明还提供了上述技术方案所述3D微流控芯片或上述技术方案所述制备方法制备得到的3D微流控芯片在检测土壤生物地球化学界面动态变化中的应用。
本发明提供了一种3D微流控芯片模型，包括模具2和位于模具2底部的底座1；所述底座1包括底板1-1和侧壁1-2；所述模具2包括本体2-1和设置于本体2-1下表面的若干凸起2-2；所述凸起2-2的高度大于等于所述侧壁1-2的高度。在本发明中，所述底座用于盛装制备芯片主体的原料，通过模具中若干凸起的设置，使芯片主体中存在多个独立的腔体，用于培养土壤样品。采用本发明提供的3D微流控芯片模型能够成功构建3D微流控芯片，可以用于观察土壤生物地球化学界面动态变化，能够实现多个不同样品的同时培养，能在短时间尺度和有限体积的分析物上进行元素含量、酶活性定性或定量检测。
本发明还提供了一种3D微流控芯片，包括基片4和芯片主体5，所述基片4位于芯片主体5的底部；所述芯片主体5由聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂注入上述技术方案所述的3D微流控芯片模型中得到。在本发明中，所述基片用于封闭芯片主体中若干腔体的底部，防止样品的流失；聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂混合形成固态后，稳定性较好，不会对试验结果产生干扰，能够保证检测结果的准确度；而且采用本发明提供的3D微流控芯片能够在使用较少量样品的情况下，即获得准确的定量或定性检测结果，操作简便，适用于模拟土壤环境，观察土壤生物地球化学界面动态变化。
本发明提供的3D微流控芯片的制备方法简便，易操作，适宜规模化推广应用。
附图说明
图1为3D微流控芯片模型的结构示意图；
图2为3D微流控芯片模型的底座1的结构示意图；
图3为3D微流控芯片模型的模具2的结构示意图；
图4为3D微流控芯片模型的固定板3的结构示意图；
图5为3D微流控芯片的示意图；
图6为模拟土壤淹水条件下，不同含铁量土壤微界面不同元素原子量变化示意图；
图7为模拟土壤淹水条件下，两种缺磷量土壤微界面酶活性变化示意图；
其中，1为底座，1-1为底板，1-2为侧壁，1-3为底座固定柱，2为模具，2-1为模具的本体，2-2为模具的凸起，2-3为模具固定柱，3为固定板，3-1为底座固定孔，3-2为模具固定孔，4为基片，5为芯片主体，5-1为芯片主体的腔体。
具体实施方式
本发明提供了一种3D微流控芯片模型，包括模具2和位于模具2底部的底座1；
所述底座1包括底板1-1和侧壁1-2；所述模具2包括本体2-1和设置于本体2-1下表面的若干凸起2-2；所述凸起2-2的高度大于等于所述侧壁1-2的高度。
本发明提供的3D微流控芯片模型包括模具2，所述模具2包括本体2-1和设置于本体2-1下表面的若干凸起2-2；所述凸起2-2的高度大于等于所述侧壁1-2的高度。本发明对所述模具2的具体尺寸没有特殊的要求，以得到符合要求的芯片主体5为宜。在本发明的具体实施例中，所述本体2-1优选为长方体，所述本体2-1的长优选为40mm，宽优选为20mm，高优选为3mm；所述若干凸起2-2优选为圆柱形、方形、星形或菱形，当所述凸起2-2为圆柱形时，凸起2-2的直径优选为2mm，高优选为5mm。本发明对所述凸起2-2的个数和凸起2-2的间距没有特殊的限定，以满足主体芯片的要求为宜，在本发明的具体实施例中，所述凸起2-2的个数优选为8个或12个，所述凸起2-2的间距优选为5mm。在本发明中，所述模具2的材质优选为耐高温和不易变形的树脂，更优选为尼龙透明树脂。
作为本发明的一个实施例，所述本体2-1的上表面设置有模具固定柱2-3，所述模具2与固定板3通过模具固定柱2-3和模具固定孔3-2可拆卸连接。在本发明的具体实施例中，所述模具固定柱2-3的直径优选为3mm，高优选为3mm；所述模具固定柱2-3的个数优选为2个，设置于本体2-1顶部的对角线上。在本发明中，将所述模具固定柱2-3插入固定板3中模具固定孔3-2中，加固3D微流控芯片模型。
本发明提供的3D微流控芯片模型包括位于模具2底部的底座1，所述底座1包括底板1-1和侧壁1-2。本发明对所述底座的具体尺寸没有特殊的要求，以得到符合要求的芯片主体5为宜。在本发明的具体实施例中，所述底板1-1优选为长方体，所述底板1-1的长和宽优选为120mm，高优选为2mm；所述侧壁1-2的高优选为3mm，壁厚优选为5mm。在本发明中，所述底座1的材质优选为耐高温和不易变形的树脂，更优选为尼龙透明树脂。
作为本发明的一个实施例，所述侧壁1-2上设置有底座固定柱1-3，所述底座1与固定板3通过底座固定柱1-3和底座固定孔3-1可拆卸连接。在本发明的具体实施例中，所述底座固定柱1-3的直径优选为3mm，高优选为8mm；所述底座固定柱1-3的个数优选为2个，设置于一条侧壁1-2的两端。在本发明中，将所述底座固定柱1-3插入固定板3的底座固定孔3-1中，加固3D微流控芯片模型。
作为本发明的一个实施例，所述3D微流控芯片模型还包括固定板3，所述固定板3设置于所述模具2的上方。本发明对所述固定板3的具体尺寸没有特殊的限定，以能够固定底座1和模具2为宜。在本发明的具体实施例中，所述固定板3优选为长方体，所述固定板3的长优选为120mm，宽优选为96mm，高优选为3mm。
作为本发明的一个实施例，所述固定板3上设置有底座固定孔3-1和模具固定孔3-2。在本发明中，所述底座固定孔3-1在固定板3中的位置、个数和尺寸由底座固定柱1-3的位置、个数和尺寸决定；所述模具固定孔3-2的位置、个数和尺寸由模具固定柱2-3的位置、个数和尺寸决定。作为本发明的一个实施例，所述底座固定孔3-1和模具固定孔3-2的直径优选为3.5mm。本发明采用固定板3将模具2和底座1牢固的固定在一起，有利于得到尺寸精确、规整的芯片主体5。在本发明中，所述固定板3的材质优选为耐高温和不易变形的树脂，更优选为尼龙透明树脂。
在本发明中，所述底座1、模具2和固定板3是相互独立的部件，在后续制备芯片主体5时，将底座1、模具2和固定板3按照从下到上的位置组装。作为本发明的一个实施例，所述底座1中可放置多个模具2，然后将底座固定柱1-3插入底座固定孔3-1中，将模具固定柱2-3插入模具固定孔3-2中，借助固定板3将底座1和多个模具2固定在一起。
本发明提供了一种3D微流控芯片，包括基片4和芯片主体5，所述基片4位于芯片主体5的底部；所述芯片主体5由聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂注入上述技术方案所述的3D微流控芯片模型中得到。
本发明提供的3D微流控芯片包括基片4，用于封闭芯片主体5中若干腔体5-1的底部，防止样品的流失。本发明对所述基片4的形状以及具体尺寸没有特殊的限定，能够封闭芯片主体5中若干腔体5-1的底部为宜。在本发明中，所述基片4的材质优选为玻璃或硅片。
本发明提供的3D微流控芯片包括设置于所述基片4上表面的芯片主体5，所述芯片主体5由聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂注入上述技术方案所述的3D微流控芯片模型中得到。所述芯片主体5中分布有若干腔体5-1，所述腔体5-1的高度等于所述底座1侧壁1-2的高度；所述腔体5-1的形状与所述凸起2-2的形状一致。
在本发明中，所述3D微流控芯片优选具有不同的透明度。
本发明还提供了上述技术方案所述3D微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂混合后注入3D微流控芯片模型中，固化后，得到芯片主体5；
将所述芯片主体5和基片4分别进行氧等离子体处理，贴合后，得到所述3D微流控芯片。
本发明将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂混合后注入上述技术方案所述的3D微流控芯片模型中，固化后，得到芯片主体5。在本发明中，所述聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂优选为液态，本发明对所述固化剂的具体种类没有特殊的限定，采用本领域常规的液态固化剂即可。在本发明中，所述聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的质量比优选为13:1。
在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，本发明对所述搅拌的具体参数没有特殊的限定，以物料混合均匀且无气泡存在为宜。
得到聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的混合物后，本发明将所述混合物倒入3D微流控芯片模型的底座1内，固化后，得到芯片主体5。在本发明中，所述固化的温度优选为55℃，所述固化的时间优选为4h。本发明通过严格控制聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的质量比、固化温度以及固化时间，能够得到软硬适宜的芯片主体，而且得到的芯片主体十分稳定，不易损坏和分解，能够保证试验结果的准确性。
得到芯片主体5后，本发明将所述芯片主体5和基片4分别进行氧等离子体处理，贴合后，得到所述3D微流控芯片。在本发明中，所述氧等离子体处理的电压优选为420V，腔体氧气流速优选为800mL/min。本发明对所述贴合的具体方式没有特殊的限定，采用本领域所熟知的贴合方式即可。本发明通过氧等离子体处理，对芯片主体5和基片4的表面进行亲水化改性，将两者不可逆地键合在一起，提高了3D微流控芯片的稳定性。
本发明还提供了上述技术方案所述3D微流控芯片或上述技术方案所述制备方法制备得到的3D微流控芯片在检测土壤生物地球化学界面动态变化中的应用。在本发明中，优选采用毛细血管将土壤样品导入3D微流控芯片的若干腔体5-1中，然后对土壤样品进行元素含量、酶活性定性或定量检测，观察土壤生物地球化学界面动态变化。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
实施例1
制备3D微流控芯片：
运用3D打印技术得到图2所示底座1、图3所示模具2和图4所示固定板3；所述底座1、模具2和固定板3的材质均为硬度合适、耐高温、不易变形的高精度尼龙透明树脂；其中，底座1包括底板1-1、侧壁1-2和两个底座固定柱1-3，底板1-1为长方体，长和宽为120mm，高为2mm；4条侧壁1-2的高为3mm，壁厚为5mm；两个底座固定柱1-3分别设置于其中一条侧壁1-2的两端，底座固定柱1-3的直径为3mm，高为8mm；
模具2包括本体2-1、9个凸起2-2和2个模具固定柱2-3，本体2-1为长方体，长为40mm，宽为20mm，高为3mm；凸起2-2设置于本体2-1的下表面，凸起2-2为直径2mm的圆柱体，高为5mm，间距为7mm；2个模具固定柱2-3设置于本体2-1的上表面，成斜对角设置，模具固定柱2-3的直径为3mm，高为3mm；
固定板3为长方体，长为120mm，宽为96mm，高为3mm；固定板3的边缘设置有底座固定孔3-1，表面分布有模具固定孔3-2；所述底座固定孔3-1在固定板3中的位置、个数和尺寸与底座固定柱1-3的位置、个数和尺寸匹配；所述模具固定孔3-2的位置、个数和尺寸与模具固定柱2-3的位置、个数和尺寸匹配；所述底座固定孔3-1和模具固定孔3-2的直径为3.5mm；
将底座固定柱1-3插入底座固定孔3-1中，将模具固定柱2-3插入模具固定孔3-2中，借助固定板3将底座1和多个模具2组装在一起，得到如图1所示的3D微流控芯片模型；
得到3D微流控芯片模型后，将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂按照13:1的质量比混合后，注入上述3D微流控芯片模型中，在55℃条件下固化4h，得到芯片主体5；所述芯片主体5中分布有9个腔体5-1，所述腔体5-1的高度等于所述侧壁1-2的高度；所述腔体5-1的形状与所述凸起2-2的形状一致；
得到芯片主体5后，将芯片主体5和玻璃基片4分别进行氧等离子体处理，电压为420V，腔体氧气流速为800mL/min，处理结束后，将两者贴合在一起，得到图5所示3D微流控芯片。
应用例1
采用实施例1制备得到的3D微流控芯片，模拟淹水条件探讨不同含铁土壤微界面Si、C、Al、N、Fe元素变化特征；
选取亚热带地区含铁量分别为56g·kg-1、26g·kg-1和14g·kg-1的3种稻田土壤(分别编号为a，b，c)，每个处理制作三组相同样品，实验重复3次，判定误差值；
向上述处理后的土壤样品中插入直径1mm的石英毛细管，通过毛细管现象将已处理好的土壤样品引入石英毛细管中，然后将土壤样品分别转移至实施例1制备得到的3D微流控芯片的腔体中，每种稻田土壤导入一个独立的腔体中，使土壤吸附在基片上，实现土壤在腔室中形成均匀土壤点，在腔体内分别加入土壤有机质溶液；
应用XPS技术进行土壤微界面元素原位测定，探讨不同含铁量稻田土壤元素变化；以土壤有机质溶液作为培养溶液，分别在0d、3d、7d、14d和20d时采样，检测土壤微界面不同元素动态的变化情况，如图6所示，其中图6中的a为含铁量56g·kg-1的稻田土壤微界面不同元素原子数的变化情况；图6中的b为含铁量26g·kg-1稻田土壤微界面不同元素原子数的变化情况；图6中的c为含铁量14g·kg-1稻田土壤微界面不同元素原子数的变化情况，由图6所得结果可知，C原子数在土壤表层与培养天数呈正相关，Si原子数则呈反相关，而Al、N、Fe原子数变化较为稳定，说明微生物在土壤表面生长，微生物生长产生的分泌物随着培养天数增加而增加，且分泌物和胞外聚合物吸附了Al、N、Fe附着在土壤表面。
应用例2
采用实施例1制备得到的3D微流控芯片，模拟淹水条件探讨低磷土壤微界面酶活性变化特征；
选取亚热带地区速效磷含量分别为0.74mg·kg-1和3.41mg·kg-1的2种稻田土壤(分别编号为a，b)，每个处理制作三组相同样品，实现实验重复3次，判定误差值；
向上述处理后的土壤样品中插入直径1mm的石英毛细管，通过毛细管现象将已处理好的土壤样品引入石英毛细管中，然后将土壤样品分别转移至实施例1制备得到的3D微流控芯片的腔体中，每种稻田土壤导入一个独立的腔体中，形成均匀土壤点，在腔体内分别加入无菌水；
利用共聚焦进行土壤微界面酶活性检测，探讨低磷稻田土壤微界面碱性磷酸酶变化；以无菌水作为培养溶液，分别在0d、5d和20d时破坏性采样，检测土壤微界面碱性磷酸酶变化，如图7所示，其中图7中的a为有效率含量0.74mg·kg-1的稻田土壤微界面碱性磷酸酶变化情况；图7中的b为有效率含量3.41mg·kg-1的稻田土壤微界面碱性磷酸酶变化情况，由图7所得结果可知，两种土壤酶活性大小为：20d>0d>5d，且两种土壤酶活性差别不大，证明在低磷土壤中，培养0d时，土壤原有结构刚遭到破坏，改变了微生物原有生长环境，微生物分泌碱性磷酸酶提供自身养分需要，培养5d时，微生物沉淀在土壤表层，且由于结构破坏，表层含有部分可利用P素，微生物减少碱性磷酸酶的分泌，培养20d时，由于土壤表层可利用态P素大量减少，微生物分泌较多碱性磷酸酶活化土壤中的P素供生存需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D微流控芯片模型，其特征在于，包括模具(2)和位于模具(2)底部的底座(1)；
所述底座(1)包括底板(1-1)和侧壁(1-2)；所述模具(2)包括本体(2-1)和设置于本体(2-1)下表面的若干凸起(2-2)；所述凸起(2-2)的高度大于等于所述侧壁(1-2)的高度。
2.根据权利要求1所述的3D微流控芯片模型，其特征在于，还包括固定板(3)，所述固定板(3)上设置有底座固定孔(3-1)和模具固定孔(3-2)；
所述侧壁(1-2)上设置有底座固定柱(1-3)，所述底座(1)与固定板(3)通过底座固定柱(1-3)和底座固定孔(3-1)可拆卸连接；
所述本体(2-1)的上表面设置有模具固定柱(2-3)，所述模具(2)与固定板(3)通过模具固定柱(2-3)和模具固定孔(3-2)可拆卸连接。
3.一种3D微流控芯片，其特征在于，包括基片(4)和芯片主体(5)，所述基片(4)位于芯片主体(5)的底部；所述芯片主体(5)由聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂注入权利要求1～2任一项所述的3D微流控芯片模型中得到。
4.根据权利要求3所述的3D微流控芯片，其特征在于，所述基片(4)的材质为玻璃或硅片。
5.根据权利要求3所述的3D微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体(5)中分布有若干腔体(5-1)，所述腔体(5-1)的高度等于所述侧壁(1-2)的高度；所述腔体(5-1)的形状与所述凸起(2-2)的形状一致。
6.权利要求3～5任一项所述3D微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂混合后注入3D微流控芯片模型中，固化后，得到芯片主体(5)；
将所述芯片主体(5)和基片(4)分别进行氧等离子体处理，贴合后，得到所述3D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，所述聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的质量比为13:1。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为55℃，所述固化的时间为4h。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氧等离子体处理的电压为420V，腔体氧气流速为800mL/min。
10.权利要求3～5任一项所述3D微流控芯片或权利要求6～9任一项所述制备方法制备得到的3D微流控芯片在检测土壤生物地球化学界面动态变化中的应用。
CN201910763812.4A 2019-08-19 2019-08-19 一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用 Active CN112387316B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910763812.4A CN112387316B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910763812.4A CN112387316B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112387316A true CN112387316A (zh) 2021-02-23
CN112387316B CN112387316B (zh) 2021-09-21

Family

ID=74603341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910763812.4A Active CN112387316B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112387316B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101585507A (zh) * 2009-06-23 2009-11-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种pdms微流控芯片中通孔结构的制作方法
CN102033135A (zh) * 2010-09-30 2011-04-27 西北工业大学 一体式微流控芯片接口、接口模具及接口制作、使用方法
US20120286452A1 (en) * 2007-06-14 2012-11-15 University Of Rochester Microfluidic device and method of manufacturing the microfluidic device
US20130153422A1 (en) * 2011-11-22 2013-06-20 Stephen G. Haralampu Stopped-flow, micro-fluidic device and method for the charge-based separation of complex analyte mixtures
WO2014030958A1 (ko) * 2012-08-24 2014-02-27 한국표준과학연구원 박막 칩 레플리카 제조방법 및 이를 사용하여 제조된 마이크로 플루이딕 칩
CN104502617A (zh) * 2014-12-24 2015-04-08 杭州霆科生物科技有限公司 一种全自动、高通量农药残留检测的微流控芯片系统及方法
CN105277724A (zh) * 2014-07-01 2016-01-27 华东理工大学 一种微流控芯片装置及其制备方法
CN106914289A (zh) * 2017-05-02 2017-07-04 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 微流控芯片的制作装置及其制作方法
US20170286583A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 International Business Machines Corporation Method for optimizing the design of micro-fluidic devices
CN108344866A (zh) * 2018-01-12 2018-07-31 天津大学 一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法
CN108627382A (zh) * 2018-05-25 2018-10-09 西南大学 一种基于微流控芯片技术测定土壤各类指标的样品前处理及检测一体化装置
CN108636464A (zh) * 2018-04-02 2018-10-12 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种液滴微流控芯片、成型装置及其制备方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120286452A1 (en) * 2007-06-14 2012-11-15 University Of Rochester Microfluidic device and method of manufacturing the microfluidic device
CN101585507A (zh) * 2009-06-23 2009-11-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种pdms微流控芯片中通孔结构的制作方法
CN102033135A (zh) * 2010-09-30 2011-04-27 西北工业大学 一体式微流控芯片接口、接口模具及接口制作、使用方法
US20130153422A1 (en) * 2011-11-22 2013-06-20 Stephen G. Haralampu Stopped-flow, micro-fluidic device and method for the charge-based separation of complex analyte mixtures
WO2014030958A1 (ko) * 2012-08-24 2014-02-27 한국표준과학연구원 박막 칩 레플리카 제조방법 및 이를 사용하여 제조된 마이크로 플루이딕 칩
CN105277724A (zh) * 2014-07-01 2016-01-27 华东理工大学 一种微流控芯片装置及其制备方法
CN104502617A (zh) * 2014-12-24 2015-04-08 杭州霆科生物科技有限公司 一种全自动、高通量农药残留检测的微流控芯片系统及方法
US20170286583A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 International Business Machines Corporation Method for optimizing the design of micro-fluidic devices
CN106914289A (zh) * 2017-05-02 2017-07-04 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) 微流控芯片的制作装置及其制作方法
CN108344866A (zh) * 2018-01-12 2018-07-31 天津大学 一种微流控芯片检测系统及基于该系统进行样品检测的方法
CN108636464A (zh) * 2018-04-02 2018-10-12 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种液滴微流控芯片、成型装置及其制备方法
CN108627382A (zh) * 2018-05-25 2018-10-09 西南大学 一种基于微流控芯片技术测定土壤各类指标的样品前处理及检测一体化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112387316B (zh) 2021-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Young et al. Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments
van der Meer et al. Microfluidic technology in vascular research
CN102071138B (zh) 一种微流控芯片及其应用
Gao et al. Recent developments in microfluidic devices for in vitro cell culture for cell-biology research
Ma et al. Characterization of drug metabolites and cytotoxicity assay simultaneously using an integrated microfluidic device
Yeon et al. Microfluidic cell culture systems for cellular analysis
Bruzewicz et al. Fabrication of a modular tissue construct in a microfluidic chip
Kim et al. Micro-and nanoengineering for stem cell biology: the promise with a caution
US20070036690A1 (en) Inlet channel volume in a reactor
US20170247652A1 (en) Device and Method for High Throughput Bacterial Isolation
US8389277B2 (en) Forming cell structure with transient linker in cage
ZHUANG et al. Recent developments in microfluidic chip for in vitro cell-based research
Lam et al. High-throughput dental biofilm growth analysis for multiparametric microenvironmental biochemical conditions using microfluidics
CN103060195A (zh) 一种多细胞共培养的微流控芯片及其制备方法
Prado et al. Microbioreactors as engineering tools for bioprocess development
CN102796659B (zh) 一种多孔单细胞观测板及其应用
CN112387316B (zh) 一种3d微流控芯片模型、3d微流控芯片及其制备方法和应用
CN101376908B (zh) 一种基于分子和细胞水平研究药物代谢的方法
CN203065491U (zh) 细胞培养装置
CN103060196A (zh) 一种新型高效微流控多细胞共培养芯片及其制备方法
CN103865783B (zh) 微流控溶液浓度发生芯片
CN102703567B (zh) 一种多相联合培养与检测方法及其装置
CN104745445A (zh) 一种构建细胞网络的三维微流控芯片及其制备方法
CN111483096B (zh) 根际通道微流控芯片及其胶体块和一种制造胶体块的模具
CN103060193A (zh) 一种新型温度响应性微流控细胞层培养芯片及其制备方法

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