本發(fā)明涉及一種微流控芯片領(lǐng)域，具體涉及一種用于聚合物材質(zhì)的微流控芯片鍵合與表面改性的溶液及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

微流控芯片技術(shù)特點是以微加工技術(shù)為基礎(chǔ)，將實現(xiàn)樣品進樣、混合、反應(yīng)和檢測等功能的結(jié)構(gòu)集成在幾平方厘米的芯片內(nèi)。在生物化學(xué)檢測領(lǐng)域，微流控芯片技術(shù)具有通量高、檢測靈敏度高、成本低和易于自動化等潛在優(yōu)勢，因而具有很廣闊的應(yīng)用前景。

芯片鍵合是微流控芯片生產(chǎn)加工過程中的一個重要環(huán)節(jié)。芯片鍵合是指將通過微加工獲得的微溝道、微坑和通孔等結(jié)構(gòu)，封裝成密閉的微管道、微腔體和樣品進出口等。以聚合物為材料的微流控芯片常用的鍵合方法有熱壓鍵合、單/雙面膠鍵合和有機溶液輔助鍵合。

(1)熱壓鍵合的方式適合聚合物芯片之間的鍵合，是通過給鍵合面施加一定的溫度，溫度臨近或達到聚合物玻璃化溫度，讓鍵合面達到軟化的狀態(tài)，同時施加一定的壓力，讓鍵合面發(fā)生融合，完成芯片鍵合。熱壓鍵合具有鍵合強度高，無需額外的輔助試劑，因而管道內(nèi)無殘留。但不足之處在于需要較高的溫度；且由于熱傳遞的問題，往往熱壓鍵合需要較長的時間；壓力控制也有一定的要求。

(2)單/雙面膠鍵合是指利用單/雙面膠作用在鍵合面上，使芯片鍵合的方法。這種方法對單/雙面膠的要求比較多，比如鍵合的強度、生物樣品的相容性、親疏水性等要求。此種方法鍵合過程簡單，易于大規(guī)模生產(chǎn)。但與其他鍵合方式相比，鍵合強度往往不高；膠的成分容易對生化反應(yīng)形成干擾；大部分膠都容易產(chǎn)生背景熒光，對光學(xué)檢測形成干擾。

(3)有機溶液輔助鍵合是利用有機溶液對聚合物芯片基底具有滲透、軟化的作用，使得鍵合過程中鍵合面彼此滲透，待有機溶劑揮發(fā)后，鍵合面重新硬化而粘接在一起，完成鍵合。有機溶液輔助鍵合具有鍵合強度高，鍵合盲區(qū)少，鍵合速度快，成本低和無試劑殘留等優(yōu)點，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)過程。但傳統(tǒng)的有機溶劑容易腐蝕芯片結(jié)構(gòu)，使得芯片結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，影響芯片的工作。

表面改性是微流控芯片生產(chǎn)中另一個重要的環(huán)節(jié)。表面改性是指在保持芯片材料原性能的前提下，賦予其表面新的性能。由于芯片基底材料的特性，如親疏水特性，往往無法滿足要求，因而需要對其管道表面進行表面改性，微流控芯片常用的表面改性技術(shù)有濕法改性和氣相沉積這兩種方法。

(1)濕法改性通過液態(tài)試劑處理芯片管道，改變其親疏水特性。這種方法有很廣泛的應(yīng)用，尤其是在微流控芯片學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，原理是將液態(tài)試劑注入制作好的微流控芯片內(nèi)，使其在管道內(nèi)壁上形成親水或疏水的功能層，達到修改表面特性的目的。這種方法具有試劑成本低，適合手動操作等優(yōu)點。但在大規(guī)模生產(chǎn)中，濕法處理需要將試劑通到每片芯片的管道內(nèi)，這就變得十分低效，限制了生產(chǎn)通量。

(2)氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過程，在芯片管道表面形成功能性或裝飾性的金屬、非金屬或化合物涂層。氣相沉積同時能處理大批量的芯片，因而比較適合大規(guī)模生產(chǎn)過程。但由于氣相沉積往往需要真空的環(huán)境，因此設(shè)備成本很高。同時，若要控制好各處表面改性的一致性，也需要很復(fù)雜的控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提供一種用于聚合物材質(zhì)的微流控芯片鍵合與表面改性的溶液，所述溶液包括以下組分：緩沖組分、鍵合組分和表面改性組分，所述緩沖組分、鍵合組分和表面改性組分互溶，且不發(fā)生反應(yīng)，同時不會腐蝕芯片；所述緩沖組分控制鍵合組分對芯片的軟化速度，使得能實現(xiàn)芯片鍵合又不過分軟化芯片，所述緩沖組分為與所述溶液的體積比范圍為20％～90％，優(yōu)選地為30％～80％，更優(yōu)選地為40％-70％；所述鍵合組分使得芯片表面變得軟化，在其蒸發(fā)后，芯片鍵合面實現(xiàn)鍵合，所述鍵合組分與所述溶液的體積比范圍為10％～90％，優(yōu)選地為20％～80％，更優(yōu)選地為30％-60％；和所述表面改性組分為疏水硅烷，其分子結(jié)構(gòu)為其中鹵素可為F、Cl、Br、I原子，鹵素數(shù)量為1至3，烷烴鏈的碳原子數(shù)為1至20，烷烴鏈的H原子可以部分或全部由鹵素取代；所述表面改性組分與所述溶液的體積比范圍為0％～20％；優(yōu)選地為5％～15％，更優(yōu)選地為8％-12％。

在一種實施方式中，緩沖組分為選自戊烷、己烷，辛烷、戊烯、己烯、辛烯和壬烯一種或多種。

在一種實施方式中，鍵合組分為選自丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、苯當中的一種或多種。

在一種實施方式中，表面改性組分為選自二甲基氯硅烷、三甲基氯硅烷、二甲基溴硅烷、三甲基溴硅烷、二甲基碘硅烷、三甲基碘硅烷、十六烷基三氯硅烷、三氯(辛基)硅烷和三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷當中的一種或多種。

在一種實施方式中，聚合物材質(zhì)為聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷、或聚苯乙烯。

在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種用于聚合物材質(zhì)的微流控芯片鍵合與表面改性方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：配置上述用于聚合物材質(zhì)的微流控芯片鍵合與表面改性的溶液；

步驟2：將聚合物材質(zhì)的微流控芯片的需要鍵合面充分浸潤在步驟1中所配置的溶液中；

步驟3：將步驟2中浸潤的芯片鍵合面對齊組裝，進行鍵合，控制鍵合溫度在10～120℃，鍵合時間控制在10秒～20分鐘；

步驟4：鍵合完成后，用干燥的空氣將芯片內(nèi)殘留的溶液吹掉。本發(fā)明的有益效果：

1.生產(chǎn)通量高，適合大規(guī)模芯片鍵合。由于在大規(guī)模芯片生產(chǎn)過程中，表面改性往往比較費時費力。本發(fā)明將聚合物芯片鍵合與表面改性這兩個重要的加工環(huán)境合二為一，在鍵合的同時進行表面改性，不僅解決了濕法改性不適合大規(guī)模生產(chǎn)過程的問題，同時還除去了單獨進行芯片表面改性的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此很大地提高了生產(chǎn)的通量。

2鍵合盲區(qū)少，強度高。本發(fā)明的鍵合芯片的方法是基于有機溶液輔助鍵合的方法，因此也繼承了其鍵合盲區(qū)少，鍵合強度高的優(yōu)點。

3設(shè)備簡單，生產(chǎn)成本低。本發(fā)明將濕法改性集成在有機溶液輔助鍵合的過程中，因而所需的設(shè)備系統(tǒng)比較簡單。同時，由于濕法改性和有機溶液輔助鍵合都具有生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，因而本發(fā)明也同樣具有生產(chǎn)成本低的優(yōu)點。

4鍵合后，管道的形變小。由于本發(fā)明中含有緩沖組分，會對芯片管道結(jié)構(gòu)形成保護，減小鍵合組分對管道形態(tài)的影響，使得鍵合后管道的形變小。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為實施例1中未經(jīng)過混合溶液處理的PMMA芯片表面的接觸角測量圖；

圖2為實施例1中經(jīng)過混合溶液處理的PMMA芯片表面的接觸角測量圖；

圖3為實施例2中由混合溶液A鍵合的液滴生成芯片生產(chǎn)液滴的結(jié)果圖；和

圖4為實施例2中由混合溶液B鍵合的液滴生成芯片生產(chǎn)液滴的結(jié)果圖。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例一混合溶液對PMMA材質(zhì)親疏水性的改變

步驟一：取兩片表面平整的PMMA芯片，長寬各約為3cm，厚度5mm；放置于純凈水中，用超聲清洗機清洗，并烘干。

步驟二：配置1ml混合溶液，其中緩沖組分500μl，鍵合組分400μl，表面改性組分100μl。其中，緩沖組分成分為正己烷，鍵合組分為三氯甲烷，表面改性組分為三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，其結(jié)構(gòu)式為然后攪拌均勻。

步驟三：對步驟一中的兩片PMMA芯片進行氧氣等離子處理，處理時間60秒。

步驟四：將兩片PMMA芯片平放，將1ml混合溶液均勻涂抹在其中一片PMMA芯片表面，另一片不處理。將兩片芯片各自放置于通風容器中，容器內(nèi)溫度設(shè)置為50℃。待三十分鐘后取出，并用干燥的空氣吹去將被處理的芯片上殘留的溶液，靜置10分鐘。

步驟五：將兩片芯片放置于接觸角測量儀上，分別滴加2μl的蒸餾水水滴，5秒后拍攝接觸角照片，并用量角法進行測量。未處理的PMMA芯片表面接觸角為72°，結(jié)果如圖1。混合溶液處理的PMMA芯片表面接觸角為113°，接觸角增加了41°，結(jié)果如圖2。

實施例二利用混合溶液鍵合PC芯片實現(xiàn)液滴的生成

步驟一：取具有十字管道的PC芯片兩片，芯片長寬均為3cm，管道深100μm，寬100μm，十字管道四個分支末端均連接了通孔，通孔會被作為流體的出入口使用。另取不含有管道和通孔結(jié)構(gòu)的PC芯片，長寬均為3cm。將四片芯片用超聲清洗機清洗，并烘干。

步驟二：配置混合溶液A1ml，包括緩沖組分500μl，鍵合組分400μl，表面改性組分100μl。其中，緩沖組分成分為1-己烯，鍵合組分為二氯甲烷，表面改性組分為三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷。配置不帶表面處理組分的混合溶液B1ml，包括緩沖組分600μl，鍵合組分400μl。其中，緩沖組分為1-己烯，鍵合組分為二氯甲烷。

步驟三：對步驟一中的四片PC芯片進行氧氣等離子處理，處理時間60秒。

步驟四：將兩片不含有管道結(jié)構(gòu)的PC芯片平放，將1ml混合溶液A均勻涂抹在其中一片PC芯片表面，混合溶液B均勻涂抹在另一片表面。靜置10秒后，將另外兩片PC芯片帶管道結(jié)構(gòu)的面向下，與另外兩片PC芯片涂抹混合溶液的面緊密的壓在一起，壓力為50N。保持壓力并將它們放置于通風容器中，容器內(nèi)溫度設(shè)置為80℃。待十分鐘后取出。此時芯片已經(jīng)鍵合完畢，得到兩張完整的芯片。

步驟五：用干燥的空氣吹去芯片中殘留的溶液，靜置10分鐘。

步驟六：利用注射器分別向兩片芯片中注入水和礦物油用于生成液滴。其中，十字管道的一條管道注入水，流速為800μl/h，其相鄰的兩條管道注入礦物油，流速均為600μl/h，水和礦物油在十字處匯合，然后一起流向剩下的管道，并從出口流出。此種情況下，液滴的生成需要管道具有一定的疏水性。十字交匯處水與礦物油的相互作用過程在顯微鏡下用高速相機記錄，結(jié)果如圖3，圖4。用混合溶液A鍵合的芯片由于含有表面處理試劑，管道內(nèi)壁是具有疏水性的，因此能夠生成尺寸均一的液滴。而用混合溶液B鍵合的芯片沒有進行管道表面改性，未改性的管道疏水性不夠，因而無法生成液滴。整個過程芯片密封性良好，且混合溶液A鍵合的芯片能夠?qū)艿肋M行表面改性，說明本發(fā)明同時具備鍵合芯片與表面改性的能力。經(jīng)測量，混合溶液A鍵合的芯片鍵合強度可達113N/cm²，混合溶液B鍵合的芯片鍵合強度可達152N/cm²。

應(yīng)該理解到披露的本發(fā)明不僅僅限于描述的特定的方法、方案和物質(zhì)，因為這些均可變化。還應(yīng)理解這里所用的術(shù)語僅僅是為了描述特定的實施方式方案的目的，而不是意欲限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅受限于所附的權(quán)利要求。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認識到，或者能夠確認使用不超過常規(guī)實驗，在本文中所述的本發(fā)明的具體的實施方案的許多等價物。這些等價物也包含在所附的權(quán)利要求中。