CN1293202C - 聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片，包括：一聚二甲基硅氧烷层，该聚二甲基硅氧烷层上形成有一液体流通槽；一下衬底，该下衬底与聚二甲基硅氧烷层的一面结合在一起；一聚二甲基硅氧烷片，该聚二甲基硅氧烷片与聚二甲基硅氧烷层的另一面结合在一起；一上盖片，该上盖片与聚二甲基硅氧烷片的另一面结合在一起。本发明的生物芯片具有：能承受高压、散热性好、密封效果佳、成本低、操作界面友好、可重复使用等特点。

Description

聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片
技术领域
本发明涉及一种用于生物、化学分析的聚二甲基硅氧烷(PDMS)夹心式微流体生物芯片。特别是用于聚合酶链式反应(PCR)和毛细管电泳的PDMS夹心式微流体生物芯片、诊断芯片以及微全分析系统等。
背景技术
生物芯片技术是随着人类基因组研究的深入在90年代初期发展起来的一种新兴的生化分析技术，它的应用范围涉及到了生物学、医学、农业、疾病诊断、新药开发、食品、环保等在内的广泛领域。生物芯片技术作为新一代生物技术，由于它从根本上改变目前生物学和生物技术的观念和效率，它将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。自从生物芯片技术出现以来，就引起了学术界和工业界的广泛关注，世界许多著名的公司，包括摩托罗拉、安捷伦、惠普、日立等都纷纷介入了这一领域的研发，并都有成功的产品进入市场。1998年美国《财富》杂志载文指出，在20世纪科技史上有两件事影响深远，一是微电子芯片，它是计算机和许多家电的心脏，它改变了我们的经济和文化生活，并已进入每一个家庭；另一件事就是生物芯片，它将改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平。
在当前的微流体生物芯片技术中，许多新技术和新材料得到了发展和应用，其中硅片、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等材料是目前国际上常用的构建微流体生物芯片的基底材料。利用当前业已成熟的微电子技术，根据不同材料的理化性质，可以在上述的基底材料上加工出各种微流体沟道网络，如宽度为30-500um；深度为10-200um的微电泳沟道等。硅材料因为具有不透光性以及半导体特性，其应用已经受到限制。玻璃和石英材料由于具有优良的物理、化学性质，并且其表面化学已经研究得非常透彻，所以它们成了发展微流体生物芯片的首选材料。但是，由于它们的加工成本高、需要洁净的实验间，其产业化进程一直进展得很缓慢。而PDMS、PMMA等聚合材料由于材料成本低，加工制作简单，代表了未来微流体生物芯片发展的方向，目前已成为研究的热点和前沿。硅橡胶PDMS是一种能耐强酸强碱，且生物兼容的弹性材料，通常它由PDMS单体和一种聚合催化剂按一定的比例在60-80℃的温度下聚合而成，与其他聚合物材料相比，它的制作成本更低、其加工工艺更为灵活和简单，但是作为构建微流体生物芯片的最佳基底材料，它也有许多弱点：(1)天然的PDMS材料表面是疏水的，这给向芯片中灌注液体带来了很大的困难，特别是粘稠度较大的液体。(2)弹性是PDMS材料固有的物理特性，尽管在微加工过程中这一特性起到了积极的作用，但由于弹性的存在，PDMS芯片的微沟道更容易发生弹性形变，所以芯片不能承受高压力。(3)较低的散热能力，与玻璃、石英等微流体生物芯片加工材料相比，PDMS材料的热导系数κ比它们低5-6倍(通常情况下，PDMS的热导系数κ＝0.15Wm-1K-1，玻璃的热导系数κ＝0.7-1.0Wm-1K-1)，而对于要在上面实现生化反应的微流体生物芯片而言，材料的散热性是至关重要的，特别是对于与温度密切相关的聚合酶链式反应(PCR)和毛细管电泳微流体生物芯片来说，更是如此。
目前国际上主要采用注模法加工PDMS微流体生物芯片，利用该方法通常可以得到两种形式的芯片结构：(1)一种是全PDMS微流体生物芯片，指把一块通过注模法得到的印有微沟道网络的PDMS与另一块平整的PDMS粘贴在一起，形成密封的、柔性微流体芯片，即PDMS-PDMS两层结构，芯片的剖面示意图如图1所示；(2)另一种是混合PDMS微流体生物芯片，指把一块印有微沟道网络的PDMS与另一块平整的刚性材料(包括硅片、玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯)粘贴在一起，得到有一定刚性的芯片，如PDMS-玻璃两层结构，芯片的剖面示意图如图2所示。在PDMS芯片的密封技术上，目前国际上也有两种方法：(1)一种是可逆密封，即指把印有微沟道网络的PDMS与另一块洁净的平板材料(包括玻璃、PDMS、PMMA等等)直接粘贴在一起；(2)另一种是不可逆密封，即指首先对印有微沟道网络的PDMS的表面进行等离子体氧化处理，然后再与另一块洁净的平板材料(包括玻璃、PDMS、PMMA等等)粘贴在一起。然而上述的两种芯片结构和两种密封方法都有各自的缺点，全PDMS微流体生物芯片由于具有天然的柔性，芯片容易发生形变，实验操作起来须格外小心，而且散热性很差；混合PDMS微流体生物芯片尽管其刚性明显增强，但其供实验操作的界面依然是具有弹性的PDMS，而且其散热性仍未能得到很好的改善。可逆密封可以根据实验的需要任意拆洗芯片，但当反复多次拆洗后，芯片的密封效果明显降低，特别值得注意的是，可逆密封后得到的上述两种芯片都不能承受太高的压力，这给液体的灌注带来了新的挑战；不可逆密封得到的芯片尽管能够承受高压，而且其表面显示了良好的亲水特性，但是，这种亲水性维持的时间不是很长(一般为3-24小时不等)，此外，不可逆密封给这种疏水芯片的实验清洗带来了极大的困难。
发明内容：
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的是提供一种聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片，能承受高压、散热性好、密封效果佳、成本低、操作界面友好、可重复使用。
本发明一种聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片，其特征在于，包括：
一聚二甲基硅氧烷层，该聚二甲基硅氧烷层上形成有一液体流通槽；
一下衬底，该下衬底与聚二甲基硅氧烷层的一面结合在一起；
一聚二甲基硅氧烷片，该聚二甲基硅氧烷片与聚二甲基硅氧烷层的另一面结合在一起；
一上盖片，该上盖片与聚二甲基硅氧烷片的另一面结合在一起；
其中所述的下衬底、上盖片是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是现有的PDMS生物芯片的结构示意图；
图2是现有的另一PDMS生物芯片的结构示意图；
图3是本发明的PDMS夹心式微流体生物芯片的结构示意图；
图4是本发明的另一PDMS夹心式微流体生物芯片的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图3所示，本发明一种聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片，包括：
一聚二甲基硅氧烷层11，该聚二甲基硅氧烷层11上形成有一液体流通槽111；
一下衬底12，该下衬底12与聚二甲基硅氧烷层11的一面结合在一起；
一聚二甲基硅氧烷片13，该聚二甲基硅氧烷片13与聚二甲基硅氧烷层11的另一面结合在一起；
一上盖片10，该上盖片10与聚二甲基硅氧烷片13的另一面结合在一起。
其中所述的下衬底12、上盖片10是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
请参阅图4所示，是本发明的另一实施例，本发明一种聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片，其特征在于，包括：
一聚二甲基硅氧烷层11，该聚二甲基硅氧烷层11上形成有一液体流通槽111；
一下衬底12，该下衬底12与聚二甲基硅氧烷层11的一面结合在一起；
一上盖片10，该上盖片10与聚二甲基硅氧烷层11的另一面结合在一起。
其中所述的下衬底12、上盖片10是玻璃、石英片、硅片、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯聚合材料。
以上说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于以上所述的具体实施例，凡是符合本发明主旨的各种PDMS夹心式微流体芯片，都应该认为包含在本发明的范围内。

Claims (1)

1.一种聚二甲基硅氧烷夹心式微流体生物芯片，其特征在于，包括：
一聚二甲基硅氧烷层(11)，该聚二甲基硅氧烷层上形成有一液体流通槽(111)；
一下衬底(12)，该下衬底与聚二甲基硅氧烷层(11)的一面结合在一起；
一聚二甲基硅氧烷片(13)，该聚二甲基硅氧烷片(13)与聚二甲基硅氧烷层(11)的另一面结合在一起；
一上盖片(10)，该上盖片与聚二甲基硅氧烷片(13)的另一面结合在一起；
其中所述的下衬底(12)、上盖片(10)是玻璃、石英片、硅片。
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