专利名称：一种基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微/纳结构，溶液通过微通道表面上的微/纳结构发生高效率的混合，从而实现对微流体溶液快速高效的混合，主要应用于生物测定、相变反应、多组分反应等相关领域。
背景技术：
微流控分析芯片作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛的应用，例如细胞生物学、分析化学、环境监测与保护、司法鉴定和药物合成筛选。在微流控分析芯片中，微流体的均匀混合是样品处理和分析的关键，例如生物测定、相变反应、多组分反应中就需要这样的操作，这是由于微流控分析芯片的特点就要对微观尺度下的微流体进行操作和控制，而作为操作和控制对象的流体量又极其微小，导致微流体的流动特性与宏观有很大的不同，在宏观尺度下可以忽略的现象在微观尺度下成为流体流动的主要影响因素。近年来，在微流控分析芯片上如何实现对微流体的均匀混合，已经成为微流控分析芯片技术中的研究难题和热点。然而，常规的混合技术很难在微通道中完成对微流体的均匀混合，因此，通过在微流控芯片的微通道中制备微/纳结构，利用微/纳结构对溶液的高效混合，从而实现均匀混合微流控芯片中的微流体。发展一种便捷、快速、高效、低成本的微流体驱动和控制技术，应是微流控芯片上微阀的研究方向之一，目前尚未有实质性的突破。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微/纳结构，溶液通过微通道表面上的微/纳结构发生高效率的混合，从而实现对微流体溶液快速高效的混合，主要应用于生物测定、相变反应、多组分反应等相关领域。为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤(I)用计算机辅助设计软件设计和绘制微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括进样孔、混合主通道和出样孔。(3)利用双层粘性薄膜，将各层微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成微滴流动可控的微流控芯片。本发明中，基于微/纳结构的混合微流控芯片的微流控芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、铜、铝、不锈钢、硅片、玻璃圆片，也可是市售的各类普通⑶光盘。本发明中，基于微/纳结构的混合微流控芯片的微流控芯片和粘性薄膜的微结构和微通道可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀制备，也可用软刻蚀技术制备。本发明中，基于微/纳结构的混合微流控芯片是由两层芯片组成，各层芯片之间用粘性薄膜贴合，粘性薄膜可以是双层力致粘性薄膜，也可是普通双面胶薄膜。本发明中，基于微/纳结构的混合微流控芯片的微通道的微/纳结构是由两部分组成，分别实现初级混合和高级混合。本发明中，基于微/纳结构的混合微流控芯片的微通道的微/纳结构包括两个部分，第一部分是蛇形混合通道，第二部分是齿形混合通道。本发明提出的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，操作简单、实现了微流体溶液的高效混合，极大降低了微流体溶液混合的成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，在生物测定、相变反应、多组分反应等相关领域中具有良好的应用前景。
图1.基于微/纳结构的混合微流控芯片的结构示意图。a.溶液驱动泵，b.溶液驱动泵，c.蛇形混合区，d.齿形混合区，e.溶液出口。
具体实施方案实施例1用计算机辅助设计软件设计和绘制微流体流动可控的微流控芯片的两层芯片的微结构和微通道图形。利用数控CNC系统加工制备两层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油溃等污溃。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。将两层芯片小心对齐、粘合、加压封合，制成基于微流控芯片的智能微阀。将样品溶液通过两个蠕动泵加入微流控芯片的进样注入孔，溶液在外置蠕动泵的驱动下进入微通道中的蛇形混合区，发生初级混合，在微通道的齿形混合区域，进行高级混合，最后实现了微/纳结构对微流体溶液的均匀混合。实施例2用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片的两层芯片的微结构和微通道图形。利用数控CNC系统加工制备两层圆片状聚碳酸酯(PC)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油溃等污溃。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。将两层芯片小心对齐、粘合、力口压封合，制成基于微流控芯片的智能微阀。将样品溶液通过两个蠕动泵加入微流控芯片的进样注入孔，溶液在外置蠕动泵的驱动下进入微通道中的蛇形混合区，发生初级混合，在微通道的齿形混合区域，进行高级混合，最后实现了微/纳结构对微流体溶液的均匀混合。
权利要求
1.一种基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微/纳结构，溶液通过微通道表面上的微/纳结构发生高效率的混合，从而实现对微流体溶液快速高效的混合。
2.按权利要求1所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，其制作步骤如下 (1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。
(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括进样孔、混合主通道和出样孔。
(3)利用双层粘性薄膜，将各层微流控芯片对齐、粘合、加压封合，组成微滴流动可控的微流控芯片。
3.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片的核心功能器件是微流控芯片，此芯片可以批量生产、多次利用、灵活设计与组装。
4.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片的微结构和微通道是通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀、软刻蚀技术的微加工方法在芯片基材表面制备，尺寸在微米级别。
5.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片是由两层芯片叠加而成，构成三维立体的微结构和微通道网络。
6.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片由两组微结构和微通道组成，构成初级混合单元和高级混合单元。
7.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片通过溶液在微通道表面的多次无序碰撞进行闻效混合。
8.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片可快速实现对溶液的快速混合，混合效率可达10晕升/分钟。
9.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的混合微流控芯片具有便携、经济、快速、高效，在生物测定、相变反应、多组分反应所涉及的众多相关领域具有广泛的应用前景。
全文摘要
本发明涉及一种基于微/纳结构的混合微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片表面有微通道和微/纳结构，溶液通过微通道表面上的微/纳结构发生高效率的混合，从而实现对微流体溶液快速高效的混合，主要应用于生物测定、相变反应、多组分反应等相关领域。该微流控芯片操作简单、实现了微流体溶液的高效混合，极大降低了微流体溶液混合的成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，为微流体溶液的高效均匀混合提供了一种全新的分析技术。
文档编号B01L3/00GK103055970SQ20121058701
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者聂富强, 王晓东, 沙俊, 叶嘉明 申请人:苏州汶颢芯片科技有限公司