CN116351485A - 一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀微流控芯片及其简易制备方法和应用 - Google Patents

一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀微流控芯片及其简易制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料领域，公开了一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀微流控芯片及其简易制备方法及应用，所述芯片包括亲水性基底和位于亲水性基底表面的疏水性图案，所述疏水性图案由疏水前驱体的交联固化产物构成。相比于由传统亲疏水图案化表面制得的微流控芯片，本发明能够对液体进行更为有效的限域，且可以耐受绝大部分有机和无机溶剂，芯片长时间浸泡在溶剂中，既不会溶解也不会发生任何溶胀行为，因此可以极大地拓宽微流控芯片在液滴微阵列以及极端环境等方面的应用，而且本发明的加工过程比较简单，制备效率较高，十分便于耐溶剂微流控芯片的大面积制备以及工业化生产。

Description

一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀微流控芯片及其简易制备方法和 应用
技术领域
本发明属于芯片技术领域，具体涉及一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀且具有优异的液体限域能力的芯片及其简易制备方法和应用。
背景技术
将芯片表面进行亲疏水图案化是控制芯片表面微液滴形状的重要方法，在近些年得到了快速发展和广泛应用。由于亲疏水图案表面存在化学浸润性的差异，亲疏水图案化的芯片可将液滴限域在亲水区域，形成具有规则分布的微液滴阵列，这一特点在调控液滴行为、自组装、高精度打印、微流控、细胞培养、病毒检测、DNA合成等领域都具有重要的应用。
目前报道的亲疏水图案化芯片主要包括两种，第一种是平面型的亲疏水图案化芯片，其是利用疏水分子接枝的方法，将疏水化学分子选择性地接枝在亲水基材表面，构成表面无高度差异的平面型亲疏水图案化芯片，然而，这种平面型亲疏水芯片对液体限域能力较弱。第二种是具有物理高度差异的亲疏水图案化芯片，其是将聚四氟乙烯、高分子树脂等疏水化学材料利用微纳加工的方法选择性沉积在亲水基材表面，构成既具有物理形貌差异又具有化学浸润性差异的亲疏水图案化芯片。这种具有物理形貌差异的亲疏水图案化芯片，由于可以同时发挥几何形貌的物理限域与亲疏水的化学限域作用，具有更加优异的液体限域能力，能够对液体行为进行更加有效的调控。但是由于制备物理结构的疏水材料通常为有机高分子材料，这些材料对有机溶剂的耐受性普遍较差，长时间浸泡在有机溶剂中经常发生溶胀、形变甚至溶解等行为，而且随着使用寿命的延长，这种微流控芯片还十分容易被反应试剂氧化以及腐蚀等，这样不仅会使芯片丧失物理形貌的限域作用，而且还会污染反应试剂，因而极大地限制了亲疏水图案化芯片在化学实验以及工业生产中的应用，因此探索一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀且具有物理高度差异的亲疏水微流控芯片及其简易制备的方法具有十分重要的意义与应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单普适，成本低廉，适合大规模生产的耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀的亲疏水微流控芯片。
为实现上述目的，本发明提供如下方案：
一种微流控芯片，所述芯片包括亲水性基底和位于亲水性基底表面的疏水性图案，所述疏水性图案由疏水前驱体的交联固化产物构成。
其中，所述疏水性图案高于亲水性基底的表面。
其中，所述疏水性图案的高度范围为10nm-100μm。
其中，所述疏水性图案的面积可以占亲水性基底的1％-99％。
其中，所述疏水型图案可以是任意规则图案或者不规则图案。
其中，所述疏水前驱体为疏水有机硅前驱体；优选地，选自有机聚硅氮烷、全氢聚硅氮烷、环五聚二甲基硅氧烷、氟化的聚硅氧烷、以及有机聚硅氮烷或者全氢聚硅氮烷与环氧光固化树脂的混合物中的至少一种。
其中，所述疏水前驱体的交联固化产物为陶瓷化产物或紫外光固化产物，其由所述疏水有机硅前驱体经紫外光辐照或者高温加热固化后得到。
本发明还进一步提供一种所述微流控芯片的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)利用光刻或者打印的方法，在亲水性基底上构造可溶解在有机溶剂中的凸起微结构图案，得到图案化基底；
2)将疏水前驱体或者形成疏水前驱体的单体涂覆于图案化基底的表面；
3)高温加热涂覆后的基底或者使用紫外曝光系统对涂覆后的基底进行紫外光辐照，使疏水前驱体进行交联固化；
4)将转化后的基材置入可溶解凸起微结构图案的溶剂中，并进行超声处理，得到所述的微流控芯片。
步骤1)中，利用微纳加工技术在亲水性基底上构造所述凸起微结构图案。
步骤2)中，所述的涂覆工艺为旋涂。
步骤3)中，所采用的紫外光的中心波长范围可为180nm～405nm，辐照功率为20W～1KW，曝光时间为20分钟～120分钟。
步骤3)中，所述高温加热中的加热温度为80～500℃。
步骤4)中，所述超声处理是指利用溶剂超声的方法使图案化基底上的凸起微结构图案溶解或者从基底脱离。
其中，所述步骤3)和步骤4)具体可以是：
3)使用紫外曝光系统对涂覆疏水前驱体的基底进行紫外光辐照，使疏水前驱体进行陶瓷转化；
4)然后将其浸泡在丙酮中进行超声处理，待图案化基底上的凸起微结构图案完全溶解在丙酮中或者从基底剥离时，将基底取出，然后用水对基底进行清洗，即可得到所述微流控芯片。
其中，该方法具体包括：
1)利用光刻或者喷墨打印等微纳加工手段在亲水性基底上构造出可溶解在有机溶剂中的凸起微结构图案，得到图案化基底；
2)将疏水有机硅前驱体涂覆在图案化基底表面，得到均匀涂覆疏水有机硅前驱体的基材；
3)使用紫外曝光系统对涂覆疏水有机硅前驱体的基底进行紫外光辐照，使疏水有机硅前驱体进行陶瓷转化；
4)将完成陶瓷转化的基底浸泡在丙酮中，进行超声处理，待初始图案化基底上凸起微结构和上侧的疏水陶瓷完全溶解在丙酮中或者从基底脱离时，将基底取出，然后用水对基底清洗，即可得到所述微流控芯片。
本发明还进一步提供所述微流控芯片的用途，所述芯片用于DNA合成(具体的为喷墨打印DNA合成)、调控液滴行为、自组装、微流控、高精度打印、细胞培养、病毒检测领域。
有益效果
本发明与现有技术相比，具有如下优势：
1)本发明提供一种芯片，其是一种微流控芯片，具有耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀、可大面积制备、制备方法简单快捷等诸多优势。
2)本发明提供了一种上述芯片的制备方法，其通过在图案化的物理模板上涂覆疏水有机硅前驱体，并利用紫外曝光或者高温加热使有机硅前驱体进行陶瓷转化，并通过浸泡超声清洗的步骤，实现在亲水基底表面构造疏水陶瓷化图案，简单快捷，可控性强，均一性好，便于大规模生产。
3)利用本发明方法可以实现耐受各种有机溶剂、抗氧化、抗腐蚀的亲水基底表面的疏水图案化的大面积制备，所制备的芯片表面既具有物理形貌差异，又具有化学浸润性不同，有较强的液体限域能力，能够对多种液滴进行调控，因此在很多领域均有着巨大的应用前景。
4)利用本发明方法所制备的芯片，其疏水区域的物理高度可精确调控，能够精确制备出物理高度小于500nm的芯片，此芯片不仅具有足够强大的液体限域能力，还不会由于物理形貌的阻隔而影响连续流体的动力学行为，因此在喷墨打印合成DNA领域中具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中制作耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀的亲疏水微流控芯片的工艺流程图；
图2为本发明实施例中光刻的图案化基底的光学显微照片；
图3为本发明实施例中经过陶瓷转化的亲疏水芯片的光学显微照片；
图4为本发明实施例中经过陶瓷转化的亲疏水芯片的台阶仪测试的高度分布图；
图5为本发明实施例中亲疏水芯片疏水区域的接触角；
图6为本发明实施例中亲疏水芯片亲水区域的接触角。
具体实施方式
本发明基于疏水有机硅前驱体的陶瓷转化，通过在图案化的基底上旋涂有机硅前驱体，并利用紫外光辐照(或者加热)陶瓷转化和超声清洗，制备了一种耐溶剂、抗氧化、抗腐蚀的微流控芯片。
本发明公开了一种微流控芯片，所述芯片包括亲水性基底和位于亲水性基底表面的疏水性图案，所述疏水性图案由疏水前驱体的交联固化产物构成。
本发明中，所述微流控芯片具有耐溶剂、抗氧化和抗腐蚀等诸多优点。
根据本发明的一个实施方案，所述的疏水性是指对水的接触角大于90°。
根据本发明的一个实施方案，所述疏水性图案高于亲水性基底的表面。
根据本发明的一个实施方案，所述疏水性图案的高度范围为10nm-100μm。
根据本发明的一个实施方案，所述疏水性图案的面积可以占亲水性基底的1％-99％。
根据本发明的一个实施方案，所述疏水型图案可以是任意规则图案或者不规则图案；示例性地，可以是单一的圆形、正方形、长方形、三角形、菱形、直线、曲线以及由这些图形组成的阵列。
根据本发明的一个实施方案，所述疏水前驱体例如为疏水有机硅前驱体，具体的可以选自有机聚硅氮烷、全氢聚硅氮烷、环五聚二甲基硅氧烷、氟化的聚硅氧烷、以及有机聚硅氮烷或者全氢聚硅氮烷与环氧光固化树脂的混合物等中的至少一种。
根据本发明的一个实施方案，所述疏水前驱体的交联固化产物为陶瓷化产物或紫外光固化产物，其由所述疏水有机硅前驱体经紫外光辐照或者高温加热固化后得到。以有机聚硅氮烷为例，其陶瓷化产物为二氧化硅与聚硅氧烷的混合物。
根据本发明的一个实施方案，所述的亲水性基底由基材经亲水处理得到。具体地，所述基材例如为玻璃、硅片、石英等无机材料基材，以及金膜、铝片、氧化铝、不锈钢等金属基材中的一种。
根据本发明的一个实施方案，所述基材的亲水处理可以是等离子体处理(如空气或氧气等离子体处理)、紫外臭氧辐照，氧化剂溶液氧化(如采用浓硫酸、双氧水中的一种或两种的混合溶剂作为氧化剂氧化)中的至少一种。
本发明还提供一种上述微流控芯片的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)利用光刻或者打印的方法，在亲水性基底上构造可溶解在有机溶剂中的凸起微结构图案，得到图案化基底；
2)将疏水前驱体或者形成疏水前驱体的单体涂覆于图案化基底的表面；
3)高温加热涂覆后的基底或者使用紫外曝光系统对涂覆后的基底进行紫外光辐照，使疏水前驱体进行交联固化；
4)将转化后的基材置入可溶解凸起微结构图案的溶剂中，并进行超声处理，得到所述的微流控芯片。
根据本发明的一个实施方案，步骤1)中，所述亲水性基底的定义同前。
根据本发明的一个实施方案，步骤1)中，利用微纳加工技术在亲水性基底上构造所述凸起微结构图案。具体的，所述微纳加工技术可为光刻，喷墨打印，微接触印刷等中的一种。
根据本发明的一个实施方案，步骤2)中，所述疏水前驱体的定义同前。
根据本发明的一个实施方案，步骤2)中，所述的涂覆工艺为旋涂，例如，所述旋涂速度为20～20000rad/min。
根据本发明的一个实施方案，步骤3)中，所采用的紫外光的中心波长范围可为180nm～405nm，辐照功率为20W～1KW，曝光时间为20分钟～120分钟。
根据本发明的一个实施方案，步骤3)中，所述高温加热中的加热温度为80～500℃。
根据本发明的一个实施方案，步骤4)中，所述超声处理是指利用溶剂超声的方法使图案化基底上的凸起微结构图案溶解或者从基底脱离。具体的，所述溶剂可以但不限于烷烃类、醇类、醚类、酮类或酯类中的至少一种。
根据一个具体的实施方案，所述步骤3)和步骤4)具体可以是：
3)使用紫外曝光系统对涂覆疏水前驱体的基底进行紫外光辐照，使疏水前驱体进行陶瓷转化；
4)然后将其浸泡在丙酮中进行超声处理，待图案化基底上的凸起微结构图案完全溶解在丙酮中或者从基底剥离时，将基底取出，然后用水对基底进行清洗，即可得到所述微流控芯片。
示例性地，该方法具体包括：
1)利用光刻或者喷墨打印等微纳加工手段在亲水性基底上构造出可溶解在有机溶剂中的凸起微结构图案，得到图案化基底；
2)将疏水有机硅前驱体涂覆在图案化基底表面，得到均匀涂覆疏水有机硅前驱体的基材；
3)使用紫外曝光系统对涂覆疏水有机硅前驱体的基底进行紫外光辐照，使疏水有机硅前驱体进行陶瓷转化；
4)将完成陶瓷转化的基底浸泡在丙酮中，进行超声处理，待初始图案化基底上凸起微结构和上侧的疏水陶瓷完全溶解在丙酮中或者从基底脱离时，将基底取出，然后用水对基底清洗，即可得到本发明的微流控芯片。
本发明的另一目的是提供一种上述微流控芯片的用途，其可以用于DNA合成(具体是喷墨打印DNA合成)、调控液滴行为、自组装、微流控、高精度打印、细胞培养、病毒检测等领域。
例如在喷墨打印DNA合成中，当分散有碱基对的墨滴打印在亲疏水图案化芯片上时，芯片的疏水区域可以直接将墨滴分割并限域在亲水点区域中，实现DNA的原位合成，而且芯片疏水区域的高度可控，不会影响DNA合成过程中的流体清洗过程，可以简化DNA合成的流程，提高合成效率。
例如在高精度打印领域中，当打印用液滴打印在亲疏水图案化基底上时，基底疏水区域可以将液滴分割并限域在亲水点区域中，这样可以抑制液滴在基底或非打印区域上的扩散，提高打印精度。
例如在细胞培养领域中，由于细胞具有亲水性，本发明的亲疏水微流控芯片可以利用对水的限域作用从而对细胞的生长和培养区域进行调控。
类似地，在病毒检测领域中，当分散有病毒的液滴落在本发明的亲疏水微流控芯片时，由于液体会被限域到芯片的亲水区域，所以病毒也会优先富集到芯片的亲水区，这样可以提高病毒的检测限，实现高灵敏的病毒检测。
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
亲疏水芯片的制备方法如图1示意图所示，下面结合实施例对本发明作进一步的详细阐述。
实施例1
选取单面抛光硅片，硅片的尺寸可根据需要裁定，采用氧气等离子体处理的方法，设定功率200w，200s，使硅片表面变成超亲水的状态。
使用自动匀胶机在硅片基底上旋涂光刻胶AZ5214，利用光刻系统，构造高度约为1μm，直径约为200μm的圆形凸起点阵，制备出图案化基底。
使用自动匀胶机在图案化基底上旋涂疏水有机硅前驱体聚硅氮烷(IOTA9108)，先以500rad/min旋涂10秒钟匀胶，再以5000rad/min旋涂30秒钟，使前驱体均匀地覆盖在图案化基底表面。
采用紫外曝光系统对前驱体进行辐照曝光，使前驱体进行陶瓷转化，所用紫外光的曝光强度约为40mW/cm2，曝光时间为50分钟。
用镊子将曝光后的图案化基底浸入到丙酮中进行超声处理，超声时间为2h，超声完成后将基底放入去离子水中，反复清洗，最后将硅片从水中提拉而出，用氮气吹干，得到表面由疏水陶瓷(凸起微结构)和亲水硅片(平面)构成的具有亲疏水图案化表面的硅片，即本发明的芯片。芯片疏水区域的高度约为2～2.5μm，接触角约为95～115°，芯片亲水区域的接触角约为10～25°。
将该芯片从水中提拉而出，发现该芯片具有良好的限域液滴性能，可直接实现微液滴的图案化制备；对芯片的稳定性进行测试，将该芯片浸没在丙酮中24h，氮气吹干后，对其进行亲疏水图案化测试，发现其限域液滴的性能依然可以保持。随后我们利用该芯片实现了对多种液体的分割与图案化制备。
图1示意图：亲疏水图案化芯片的制备过程；图2光学显微照片：光刻的图案化基底；图3光学显微照片：经过陶瓷转化的亲疏水芯片；图4测试照片：台阶仪测试芯片的高度分布；图5接触角测试照片：芯片疏水区域的接触角；图6接触角测试照片：芯片亲水区域的接触角。
实施例2
选取单面抛光硅片，硅片的尺寸可根据需要裁定，采用食人鱼溶液(质量比浓硫酸70％，双氧水30％)煮沸2h的方法处理硅片，使硅片表面变成超亲水的状态。
将光刻胶AZ5214利用微接触印刷，构造成高度约为500nm，边长约为50μm的凸起方形点阵，制备出图案化基底。
使用自动匀胶机在图案化基底上旋涂疏水有机硅前驱体聚硅氮烷(IOTA9108)，先以50rad/min旋涂10秒钟匀胶，再以7000rad/min旋涂30秒钟，使前驱体均匀地覆盖在图案化基底表面。
采用紫外曝光系统对前驱体进行辐照曝光，使前驱体进行陶瓷转化，所用紫外光的曝光强度约为40mW/cm2，曝光时间为20分钟。
用镊子将曝光后的图案化基底浸入到甲苯中进行超声处理，超声时间为2h，超声完成后将基底放入去离子水中，反复清洗，最后将硅片从水中提拉而出，用氮气吹干，得到表面由疏水陶瓷(凸起微结构)和亲水硅片(平面)构成的具有亲疏水图案化表面的硅片，即本发明的芯片。芯片疏水区域的高度为400～500nm，接触角约为100～115°，芯片亲水区域的接触角约为10～25°。
将该芯片从水中提拉而出，发现该芯片具有良好的限域液滴性能，可直接实现水微液滴的图案化制备；对芯片的稳定性进行测试，将该芯片浸没在丙酮中24h，氮气吹干后，对其进行亲疏水图案化测试，发现其限域液滴的性能依然可以保持。随后我们将该芯片应用到了DNA的打印合成中，该芯片的亲水区域可以对多次打印的碱基液滴进行良好的限域，而且该芯片可以耐受合成过程中的任何有机溶剂，且不会对影响DNA合成中溶剂的清洗的过程，可以简化DNA合成的步骤，提高DNA合成的速率。
实施例3
选取合适的二氧化硅玻璃基材，玻璃的尺寸可根据需要裁定，采用氧气等离子体处理的方法，设定功率200w，200s，使玻璃基材表面变成超亲水的状态。
利用喷墨打印将液态聚二甲基硅氧烷硅氧烷，打印成高度约为1μm，直径约为50μm的凸起圆形点阵，制备出图案化基底。
使用自动匀胶机在图案化基底上旋涂疏水氟化的聚硅氧烷，先以100rad/min旋涂10秒钟匀胶，再以8000rad/min旋涂30秒钟，使前驱体均匀地覆盖在图案化基底表面。
采用高温加热图案化基底，使前驱体进行陶瓷转化，所用加热温度为200℃，加热时间为60分钟。
用加热完成转化的图案化基底浸入到丙酮中进行超声处理，超声时间为3h，超声完成后将基底放入去离子水中，反复清洗，最后将硅片从水中提拉而出，用氮气吹干，得到表面由疏水陶瓷(凸起微结构)和亲水二氧化硅玻璃(平面)构成的具有亲疏水图案化表面的硅片，即本发明的芯片。
芯片疏水区域的高度约为1.5～2μm，接触角为100～106°，芯片亲水区域的接触角约为10～20°。
将该芯片从水中提拉而出，发现该芯片具有良好的液滴限域性能，可直接实现水微液滴的图案化制备；对芯片的稳定性进行测试，将该芯片浸没在甲苯中24h，氮气吹干后，对其进行亲疏水图案化测试，发现其限域液滴的性能依然可以保持。随后我们将该芯片应用到了高精度喷墨打印中，该芯片可以有效抑制墨滴的咖啡环效应，降低墨滴的打印半径，单个点的最小直径可达2μm，可以有效提高喷墨打印的精度。
实施例4
选取合适的铝板基材，铝板的尺寸可根据需要裁定，采用氧气等离子体处理的方法，设定功率250W，250s，使铝板基材表面变成超亲水的状态。
使用自动匀胶机在铝板基材上旋涂光刻胶AZ1500，利用光刻，构造高度约为1μm，直径约为50μm的凸起圆形点阵，制备出图案化基底。
使用自动匀胶机在图案化基底上旋涂环五聚二甲基硅氧烷，先以100rad/min旋涂10秒钟匀胶，再以8000rad/min旋涂30秒钟，使前驱体均匀地覆盖在图案化基底表面。
采用高温加热图案化基底，使前驱体进行陶瓷转化，所用加热温度为200℃，加热时间为60分钟。
用加热完成转化的图案化基底浸入到丙酮中进行超声处理，超声时间为3h，超声完成后将基底放入去离子水中，反复清洗，最后将硅片从水中提拉而出，用氮气吹干，得到表面由疏水陶瓷(凸起微结构)和亲水铝板(平面)构成的具有亲疏水图案化表面的硅片，即本发明的芯片。芯片疏水区域的高度约为300～500nm，接触角约为95～102°，芯片亲水区域的接触角约为10～30°。
将该芯片从水中提拉而出，可直接实现微液滴的图案化制备；对芯片的稳定性进行测试，将该芯片浸没在甲苯中48h，氮气吹干后，对其进行亲疏水图案化测试，发现其限域液滴的性能依然可以保持。随后我们将该芯片应用到了病毒检测中，我们首先将芯片浸泡在抗体溶液中，抗体通过碱基配对作用接枝到芯片的亲水区域，当含有病毒的液滴滴加在该芯片上时，液滴可以自动从疏水区域向亲水区域富集，并与亲水区域的抗体发生反应，从而大大提高了病毒的检测灵敏度。
实施例5
在硅片上蒸镀金，制备出厚度适合的金膜基材，其尺寸可根据需要裁定，采用食人鱼溶液(质量比浓硫酸70％，双氧水30％)煮沸2h的方法处理金膜基材，使金膜表面变成超亲水的状态。
使用自动匀胶机在图案化的金膜基材上旋涂光刻胶AZ1500，利用光刻，构造高度约为3μm，直径约为100μm的凸起圆形点阵，制备出图案化基底。
使用自动匀胶机在金膜基材上旋涂有机硅前驱体聚硅氮烷(IOTA 9108)，先以50rad/min旋涂10秒钟匀胶，再以7000rad/min旋涂30秒钟，使前驱体均匀地覆盖在图案化基底表面。
采用紫外曝光系统对前驱体进行辐照曝光，使前驱体进行陶瓷转化，所用紫外光的曝光强度约为10mW/cm2，曝光时间为70分钟。
将完成陶瓷转化的图案化基底浸入到丙酮中进行超声处理，超声时间为3h，超声完成后将基底放入去离子水中，反复清洗，最后将芯片从水中提拉而出，用氮气吹干，得到表面由疏水陶瓷(凸起微结构)和亲水金膜(平面)构成的具有亲疏水图案化表面的硅片，即本发明的芯片。芯片疏水区域的高度约为200～300nm，接触角约为95～107°，芯片亲水区域的接触角约为5～15°。
将该芯片从水中提拉而出，可直接实现微液滴的图案化制备；对芯片的稳定性进行测试，将该芯片浸没在甲苯中48h，氮气吹干后，对其进行亲疏水图案化测试，发现其限域液滴的性能依然可以保持。随后我们将该芯片应用到了DNA的打印合成中，该芯片的亲水区域可以对多次打印的碱基液滴进行良好的限域，而且该芯片可以耐受合成过程中的任何有机溶剂，且不会对影响DNA合成中溶剂的清洗的过程，非常适合DNA的合成。
进一步测定了实施例1-5中的芯片的抗氧化和抗腐蚀性能，具体的测试结果如下：芯片长期暴露在紫外臭氧和盐溶液的环境下，其结构和性能不会受到破坏。
从上述实施例可见，本发明制备的芯片具有优异的液滴限域性能，能够实现多种液体的图案化，而且不会受到有机溶剂的影响，耐腐蚀，抗氧化，具有重要的实际应用价值。
以上对本发明示例性的实施方式进行了说明。但是，本申请的保护范围不拘囿于上述实施方式。本领域技术人员在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，所述芯片包括亲水性基底和位于亲水性基底表面的疏水性图案，其特征在于，所述疏水性图案由疏水前驱体的交联固化产物构成。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述疏水性图案高于亲水性基底的表面；
和/或，所述疏水性图案的高度范围为10nm-100μm；
和/或，所述疏水性图案的面积可以占亲水性基底的1％-99％。
和/或，所述疏水型图案可以是任意规则图案或者不规则图案。
3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其特征在于，所述疏水前驱体为疏水有机硅前驱体；优选地，选自有机聚硅氮烷、全氢聚硅氮烷、环五聚二甲基硅氧烷、氟化的聚硅氧烷、以及有机聚硅氮烷或者全氢聚硅氮烷与环氧光固化树脂的混合物中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述疏水前驱体的交联固化产物为陶瓷化产物或紫外光固化产物，其由所述疏水有机硅前驱体经紫外光辐照或者高温加热固化后得到。
5.一种权利要求1-4任一项所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)利用光刻或者打印的方法，在亲水性基底上构造可溶解在有机溶剂中的凸起微结构图案，得到图案化基底；
2)将疏水前驱体或者形成疏水前驱体的单体涂覆于图案化基底的表面；
3)高温加热涂覆后的基底或者使用紫外曝光系统对涂覆后的基底进行紫外光辐照，使疏水前驱体进行交联固化；
4)将转化后的基材置入可溶解凸起微结构图案的溶剂中，并进行超声处理，得到所述的微流控芯片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，利用微纳加工技术在亲水性基底上构造所述凸起微结构图案；
和/或，步骤2)中，所述的涂覆工艺为旋涂。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所采用的紫外光的中心波长范围可为180nm～405nm，辐照功率为20W～1KW，曝光时间为20分钟～120分钟；
和/或，步骤3)中，所述高温加热中的加热温度为80～500℃；
和/或，步骤4)中，所述超声处理是指利用溶剂超声的方法使图案化基底上的凸起微结构图案溶解或者从基底脱离。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)和步骤4)具体可以是：
3)使用紫外曝光系统对涂覆疏水前驱体的基底进行紫外光辐照，使疏水前驱体进行陶瓷转化；
4)然后将其浸泡在丙酮中进行超声处理，待图案化基底上的凸起微结构图案完全溶解在丙酮中或者从基底剥离时，将基底取出，然后用水对基底进行清洗，即可得到所述微流控芯片。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，该方法具体包括：
1)利用光刻或者喷墨打印等微纳加工手段在亲水性基底上构造出可溶解在有机溶剂中的凸起微结构图案，得到图案化基底；
2)将疏水有机硅前驱体涂覆在图案化基底表面，得到均匀涂覆疏水有机硅前驱体的基材；
3)使用紫外曝光系统对涂覆疏水有机硅前驱体的基底进行紫外光辐照，使疏水有机硅前驱体进行陶瓷转化；
4)将完成陶瓷转化的基底浸泡在丙酮中，进行超声处理，待初始图案化基底上凸起微结构和上侧的疏水陶瓷完全溶解在丙酮中或者从基底脱离时，将基底取出，然后用水对基底清洗，即可得到所述微流控芯片。
10.一种权利要求1-4任一项所述微流控芯片的用途，其特征在于，所述芯片用于喷墨打印DNA合成、调控液滴行为、自组装、微流控、高精度打印、细胞培养、病毒检测领域。
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CN117535150A (zh) * 2024-01-10 2024-02-09 中国科学院化学研究所 一种2d微型培养芯片及其制备方法与应用
CN118500189A (zh) * 2024-05-24 2024-08-16 大连理工大学 一种用于强迫对流换热的宏观亲/疏水结构交错分布的复合表面及其制备方法和应用

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