本發(fā)明屬于微精細(xì)加工領(lǐng)域，具體涉及一種微流控芯片的簡(jiǎn)易快捷鍵合方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，微流控芯片作為一種新的技術(shù)平臺(tái)，以其分析速度快、試劑消耗少、應(yīng)用成本低、易集成和自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)，在生物、醫(yī)學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和得到越來(lái)越多的應(yīng)用。目前制作微流控芯片的基質(zhì)材料主要有硅、玻璃和高分子聚合物三大類，而高分子聚合物材料主要包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、環(huán)烯烴共聚物(COC)等幾種類型。根據(jù)基質(zhì)材料不同，微流控芯片的制作方法也各不相同。總體而言，微流控芯片的制作主要包括微結(jié)構(gòu)(例如微通道、微腔體、微孔等)的加工和芯片的鍵合。其中鍵合的作用就是通過(guò)一定方法將芯片基片表面預(yù)成型的微結(jié)構(gòu)(包括微通道、微閥、微腔體、微孔等)封蓋起來(lái)形成封閉的微管道或微腔體結(jié)構(gòu)，是微流控芯片制作過(guò)程中最重要的步驟之一。

根據(jù)所加工的基質(zhì)材料不同，鍵合方法也各不相同。比如，硅和玻璃材質(zhì)的微流控芯片一般采用高溫熔融鍵合和陽(yáng)極鍵合，鍵合過(guò)程一般需要超凈環(huán)境，熔融鍵合對(duì)鍵合材料的平整度以及鍵合過(guò)程中的溫度控制要求非常高，需要高溫退火爐等設(shè)備，通常鍵合成品率不高。陽(yáng)極鍵合也需要相關(guān)的輔助設(shè)備，對(duì)玻璃材質(zhì)要求較高，不適于廣泛推廣。聚合物材質(zhì)的微流控芯片目前比較典型的鍵合方法主要有熱壓鍵合法、膠黏劑鍵合法、表面活化輔助鍵合法和有機(jī)溶劑輔助鍵合法等。熱壓鍵合法需要復(fù)雜的真空熱壓設(shè)備，且該鍵合方法易導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)變形，耗時(shí)長(zhǎng)，難以滿足大批量微流控芯片的快速制備及生產(chǎn)；而膠黏劑鍵合法存在易堵塞微通道的缺陷；表面活化輔助鍵合法通常是使用氧等離子體或紫外輻射對(duì)有機(jī)聚合物材料鍵合界面進(jìn)行活化并完成鍵合的一種工藝，是一種快速高效的鍵合方法，但是該類鍵合方法需要等離子清洗機(jī)或紫外臭氧清洗機(jī)等輔助設(shè)備，且往往只適用于彈性和柔順性較好的聚合物(如PDMS等)，而對(duì)于彈性和柔順性較好的聚合物來(lái)說(shuō)，鍵合過(guò)程容易導(dǎo)致其中深寬比較小的管道或腔體等結(jié)構(gòu)的塌陷，限制了其應(yīng)用范圍；有機(jī)溶劑輔助鍵合法是在芯片鍵合界面涂布有機(jī)溶劑，利用有機(jī)溶劑輕微溶解界面處聚合物形成黏合劑實(shí)現(xiàn)芯片封合，該鍵合法簡(jiǎn)單易行，鍵合強(qiáng)度較高，但是鍵合程中極易導(dǎo)致有機(jī)溶劑進(jìn)入微通道，造成通道阻塞或形變。

總之，現(xiàn)有的微流控芯片鍵合方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在各種實(shí)際問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了微流控芯片的大批量、低成本制造，從而限制其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，迫切需要發(fā)展一種快速簡(jiǎn)便、成本低廉的微流控芯片的鍵合方法，加速微流控芯片的批量化制備及生產(chǎn)，促進(jìn)微流控技術(shù)的研究和廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種微流控芯片的簡(jiǎn)易快捷鍵合方法，所述鍵合方法不受微流控芯片基質(zhì)材料限制，適用于多種材質(zhì)的微流控芯片制作，也無(wú)需復(fù)雜的條件設(shè)備。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，具體提供了如下的技術(shù)方案：

一種微流控芯片的簡(jiǎn)易快捷鍵合方法，使用保護(hù)膜封蓋帶有開(kāi)放式微通道或微腔體結(jié)構(gòu)的基片，形成完整封閉的微流控芯片，所述微流控芯片包括具有可重組裝特點(diǎn)的可逆鍵合型微流控芯片或具有高鍵合強(qiáng)度特點(diǎn)的不可逆鍵合型微流控芯片。

優(yōu)選的，所述保護(hù)膜為透明的，所述保護(hù)膜材質(zhì)為聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，厚度為30～300μm。

優(yōu)選的，所述基片為片狀材料，除其表面微通道或微腔體結(jié)構(gòu)區(qū)域外，其余部分光滑平整。

優(yōu)選的，所述基片材質(zhì)為硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、環(huán)烯烴共聚物或環(huán)氧樹(shù)脂。

優(yōu)選的，制備可逆鍵合型微流控芯片包括如下步驟：

(1)清洗帶有開(kāi)放式微通道或微腔體結(jié)構(gòu)的基片，去除表面雜質(zhì)和污跡；

(2)切取一片與上述基片大小一致的保護(hù)膜；

(3)移除所切取保護(hù)膜上的保護(hù)層，并將保護(hù)膜貼合面與上述基片結(jié)構(gòu)面對(duì)準(zhǔn)貼合；

(4)擠壓上述貼合的保護(hù)膜，除去殘留的氣泡，完成鍵合。

基于上述步驟制作的微流控芯片鍵合強(qiáng)度較低，屬于可逆鍵合，可實(shí)現(xiàn)拆解和重組裝，即其結(jié)構(gòu)基片-封蓋兩層結(jié)構(gòu)可無(wú)損分開(kāi)，應(yīng)用于后續(xù)開(kāi)放式分析檢測(cè)，或者清洗后重新組裝，實(shí)現(xiàn)重復(fù)應(yīng)用。

優(yōu)選的，制備不可逆鍵合型微流控芯片包括如下步驟：

(1)清洗帶有開(kāi)放式微通道或微腔體結(jié)構(gòu)的基片，去除表面雜質(zhì)和污跡；

(2)切取一片形狀對(duì)應(yīng)于上述基片微結(jié)構(gòu)區(qū)域外圍輪廓且面積稍大的保護(hù)膜；

(3)移除上述所切取保護(hù)膜上的保護(hù)層，并將保護(hù)膜貼合面與上述基片結(jié)構(gòu)面對(duì)準(zhǔn)貼合；

(4)擠壓上述貼合的保護(hù)膜，除去殘留的氣泡；

(5)在上述貼合的保護(hù)膜背面及周圍基片表面涂上一層粘結(jié)膠；

(6)另取一大小與上述結(jié)構(gòu)基片一致的干凈基片作為蓋片，對(duì)準(zhǔn)貼合于上述結(jié)構(gòu)基片的涂膠面，并擠壓排除多余的粘結(jié)膠；

(7)固化粘結(jié)膠，完成鍵合。

這里通過(guò)兩片硬度較大的基片結(jié)合粘結(jié)膠夾持自然貼合的膠片封蓋層，可以極大地限制封蓋層的形變，防止封蓋層在外加壓強(qiáng)的情況下發(fā)生形變導(dǎo)致微管道泄漏，從而大大增強(qiáng)封蓋層與結(jié)構(gòu)化基片的鍵合強(qiáng)度，提高微流控芯片應(yīng)用中耐受外加壓強(qiáng)的能力。其中所述步驟(2)中切取的保護(hù)膜輪廓線相對(duì)于基片上微結(jié)構(gòu)整體圖形外圍輪廓線略向外擴(kuò)增，一方面確保封蓋層覆蓋所有微結(jié)構(gòu)，避免粘結(jié)膠進(jìn)入堵塞微通道；另一方面也保證上下兩片基片有盡量大的粘結(jié)面積，確保夾心式結(jié)構(gòu)的夾持強(qiáng)度。

優(yōu)選的，制備不可逆鍵合型微流控芯片步驟2)切取的保護(hù)膜輪廓線相對(duì)于帶有開(kāi)放式微通道或微腔體結(jié)構(gòu)的基片圖形外圍輪廓線向外擴(kuò)增1～5mm。

優(yōu)選的，制備不可逆鍵合型微流控芯片步驟(5)所述粘結(jié)膠為紫外膠、環(huán)氧樹(shù)脂膠、酚醛樹(shù)脂膠或硅橡膠。

優(yōu)選的，制備不可逆鍵合型微流控芯片步驟(7)所述固化，可根據(jù)所用粘結(jié)膠的種類，采用不同固化方式，紫外膠采用光輻射方式加速固化過(guò)程，環(huán)氧樹(shù)脂膠、酚醛樹(shù)脂膠或硅橡膠采用加熱方式加速固化過(guò)程。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公開(kāi)的一種微流控芯片的簡(jiǎn)易快捷鍵合方法，通過(guò)范德華力和靜電吸附等作用使其自然貼附于光滑平整表面，簡(jiǎn)便快速封蓋帶有開(kāi)放式微通道或微腔體結(jié)構(gòu)的基片，形成封閉式的微流控芯片；該鍵合方法既可通過(guò)直接貼合制作具有可重組裝特點(diǎn)的可逆鍵合型微流控芯片，也可通過(guò)背面進(jìn)一步粘接硬質(zhì)基片形成夾心結(jié)構(gòu)，制作具有高鍵合強(qiáng)度特點(diǎn)的、不可逆鍵合型微流控芯片。不受微流控芯片基質(zhì)材料限制，適用于多種材質(zhì)的微流控芯片制作，也無(wú)需超凈環(huán)境和熱壓機(jī)、高溫退火爐、陽(yáng)極鍵合機(jī)、等離子清洗機(jī)、紫外臭氧清洗劑等輔助設(shè)備，同時(shí)避免了鍵合過(guò)程中微結(jié)構(gòu)變形和微通道堵塞等問(wèn)題，簡(jiǎn)化了微流控芯片鍵合的工藝流程、縮短了芯片生產(chǎn)時(shí)間、提高了微流控芯片鍵合的成品率，有利于促進(jìn)微流控芯片批量化生產(chǎn)制備和應(yīng)用普及。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖：

圖1表示用于制作可逆鍵合型微流控芯片的流程示意圖；

圖2表示用于制造高鍵合強(qiáng)度、不可逆鍵合型微流控芯片的流程示意圖；

圖3表示本發(fā)明方法實(shí)施例1制作的具有可逆鍵合特點(diǎn)的蛋白質(zhì)結(jié)晶芯片實(shí)物照片；

圖4表示本發(fā)明方法實(shí)施例2制作的具有高鍵合強(qiáng)度玻璃材質(zhì)液滴微流控芯片的實(shí)物照片。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件或按照制造廠商所建議的條件。

實(shí)施例1

參照?qǐng)D1所示的用于制作可逆鍵合型微流控芯片的流程示意圖，基于本發(fā)明方法加工的可逆鍵合型蛋白質(zhì)結(jié)晶微流控芯片，具體步驟為：

(1)首先利用AutoCAD軟件繪制微流控芯片管道圖形，并利用數(shù)控雕刻機(jī)制作帶有開(kāi)放式微通道和進(jìn)樣孔的有機(jī)玻璃基片；

(2)超聲清洗上述所制作的有機(jī)玻璃基片，并氮?dú)獯蹈桑?/p>

(3)利用美工刀或剪刀切割與上述有機(jī)玻璃基片大小一致的PET保護(hù)膜；

(4)撕開(kāi)并移除PET保護(hù)膜上的保護(hù)層，并將其貼合面對(duì)準(zhǔn)貼附于有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)面；

(5)通過(guò)手指或滾筒擠壓上述貼合的PET保護(hù)膜，除去殘留的氣泡，完成可逆型蛋白質(zhì)結(jié)晶微流控芯片的鍵合，得到如圖3所示的具有可逆鍵合特點(diǎn)的蛋白質(zhì)結(jié)晶芯片實(shí)物照片。

完成鍵合后，此芯片可以應(yīng)用于逆向擴(kuò)散式蛋白質(zhì)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，通過(guò)在其蛋白質(zhì)進(jìn)樣口和各結(jié)晶劑進(jìn)樣口滴加相應(yīng)的樣品和試劑，并加油封蓋各進(jìn)樣口，再將其放置于適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件下進(jìn)行結(jié)晶條件篩選和晶體生長(zhǎng)。若管道中出現(xiàn)大小適宜于X-射線衍射的蛋白質(zhì)單晶，則分開(kāi)結(jié)構(gòu)基片與封蓋膠片，從結(jié)構(gòu)基片開(kāi)放的微通道中取出晶體進(jìn)行后續(xù)的X-射線衍射分析。

實(shí)施例2

參照?qǐng)D2所示的用于制造高鍵合強(qiáng)度、不可逆鍵合型微流控芯片的流程示意圖，基于本發(fā)明方法加工的不可逆鍵合型具有高鍵合強(qiáng)度的T字型液滴微流控芯片，具體步驟是：

(1)首先利用AutoCAD軟件繪制微流控芯片管道圖形，并利用數(shù)控雕刻機(jī)制作帶有開(kāi)放式微通道和進(jìn)樣孔的玻璃基片；

(2)超聲清洗上述所制作的玻璃基片，并氮?dú)獯蹈桑?/p>

(3)利用美工刀或剪刀切割圖形輪廓與上述玻璃基片微通道圖形外圍輪廓相似，且面積稍大的PET保護(hù)膜；

(4)撕開(kāi)并移除PET保護(hù)膜上的保護(hù)層，并將其貼合面對(duì)準(zhǔn)貼附于玻璃結(jié)構(gòu)面；并在玻璃基片另一面貼上膠帶，防止后續(xù)涂膠時(shí)玷污基片表面；

(5)在上述貼合的PET保護(hù)膜背面及周圍玻璃基片表面涂上一薄層紫外固化膠；

(6)另取一片清洗干凈的玻璃基片，將其中一面貼上膠帶，防止基片表面被后面溢膠玷污；再將此玻璃基片未貼膠帶一面蓋在上述涂布的紫外固化膠上，并加壓擠出多余的固化劑；

(7)完成貼合好后，將組裝的夾心式結(jié)構(gòu)置于紫外電筒下照射5min或者太陽(yáng)光下照射15min，實(shí)現(xiàn)紫外固化膠的完全固化，最終完成不可逆鍵合玻璃微流控芯片的制作，得到如圖4表示所示的具有高鍵合強(qiáng)度玻璃材質(zhì)液滴微流控芯片的實(shí)物照片。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。