專利名稱：一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生化分析領(lǐng)域，具體涉及的是一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片的結(jié)構(gòu)。(二) 背景技術(shù)紫外-可見光吸收檢測(cè)作為生化分析領(lǐng)域一種常用的測(cè)試方法，雖然相對(duì)檢測(cè)靈敏度較 低，但具有通用性好，可以直接測(cè)量；不需要特殊的樣品前處理過(guò)程，操作過(guò)程簡(jiǎn)化，分析 效率高；作為一種非破壞性檢測(cè)方法，能與其他檢測(cè)器如質(zhì)譜儀串聯(lián)使用等優(yōu)勢(shì)，在生化分 析領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要應(yīng)用價(jià)值。但是，其在微流控芯片檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展受到限制，原 因在于所采用的微流控芯片制作材料以聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚碳酸酯(PC)等為主，所需紫外光源的透過(guò)率以及微米量級(jí)溝道所引起的光 程問(wèn)題都制約這種檢測(cè)方法在生化分析領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)階段所制作而成的用于紫外-可見檢測(cè)的微流控芯片多采用以石英玻璃為襯底，其加工 采用了標(biāo)準(zhǔn)微電子工藝過(guò)程，即光刻—腐蝕—打通孔—鍵合，工藝復(fù)雜，成品率低，成本較 高；PDMS雖然透光性能較好，但是其表面的憎水特點(diǎn)在一定程度上不利于廣泛的推廣使用。 而為增加檢測(cè)光程，以提高檢測(cè)靈敏度，Moosavi等在玻璃芯片上制作了多重反射吸收池結(jié) 構(gòu)，在芯片通道檢測(cè)區(qū)域的上下玻璃片外表面用熱蒸發(fā)鋁的方法形成各icm2的反射鏡面，并在上下表面相距一定距離分別制作直徑30^^的光入射孔和出射孔；Tiggdaar等用多重反射原理制成體積為840 nL的光吸收池檢測(cè)芯片，在單晶硅片上刻蝕寬度為200,w ，長(zhǎng)度為7 mm的檢測(cè)通道及45。斜面?zhèn)缺?用于光的出入)，上部覆蓋玻璃片等。這些方式方法在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可行，可在應(yīng)用中的成本問(wèn)題必須考慮。有機(jī)玻璃(polymethylmethacrylate, PMMA)以其造價(jià)低，加工容易在微流控芯片領(lǐng)域占有的比例愈來(lái)愈大，也是微流控芯片的主要發(fā)展方向。其加工工藝流程l.制作基片；2.加工處理微溝道；3.開儲(chǔ)液池；4.溝道封閉；5.粘接移液管；6.加電極及引線；7.加開檢測(cè)窗。其中加工微溝道以及微溝道封閉兩個(gè)步驟為加工的關(guān)鍵工藝。聚合物為基底的微流控芯片的加工在國(guó)內(nèi)外普遍采用的是軟光刻技術(shù)、注塑法、金屬絲印模法、硅片印制法、激光燒蝕法、LIGA技術(shù)以及準(zhǔn)LIGA技術(shù)等，其操作工藝復(fù)雜，成本 高，而且存在脫模等問(wèn)題難點(diǎn)，對(duì)其廣泛應(yīng)用埋下伏筆。(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、有利于提高檢測(cè)靈敏度的用于紫外-可見吸收 檢測(cè)的微流控芯片及其制備方法。本發(fā)明的微流控芯片是這樣實(shí)現(xiàn)的芯片的選材為有機(jī)玻璃以及其他聚合物，芯片面積 Sl00xl00mm2，芯片上設(shè)置有微溝道，微溝道的幾何尺寸為寬度10~300,深度10~200, 長(zhǎng)度為30~300mm,溝道形狀可按需求設(shè)計(jì)，并在微溝道檢測(cè)點(diǎn)位置設(shè)置有臺(tái)階通孔和檢測(cè)窗 口，臺(tái)階通孔處鑲嵌有透紫玻璃，檢測(cè)窗口設(shè)計(jì)孔徑在10~1000阿，^g在10 500Mm; 嵌窗口面積在5x5mm2以內(nèi)，透紫玻璃厚度在200 500Mm，作為芯片儲(chǔ)液槽的臺(tái)階通孔孔徑在 0.5 2mm之間。本發(fā)明微流控芯片還有這樣一些技術(shù)特征1、所述的其他聚合物包括聚碳酸酯或聚對(duì)二甲苯或聚二甲基硅氧烷。 本發(fā)明的微流控芯片制備方法為(1) 、采用有機(jī)玻璃以及其他聚合物材料作為芯片襯底材料；(2) 、將芯片襯底材料加工成所需要芯片尺寸，用去離子水超聲清洗表面；(3) 、用微小型數(shù)控三軸立式機(jī)床進(jìn)行機(jī)械法加工微流控芯片微溝道，并在相應(yīng)位置處銑 削檢測(cè)窗口；(4) 、在加工完成溝道的有機(jī)玻璃芯片襯底上相應(yīng)位置制作通孔，銑出玻璃鑲嵌臺(tái)階；(5) 、在檢測(cè)窗口處熱鑲嵌透紫玻璃，然后對(duì)銑削過(guò)的有機(jī)玻璃芯片襯底表面進(jìn)行處理；(6) 、熱壓鍵合，進(jìn)行溝道的封閉。 本發(fā)明微流控芯片制備方法還有這樣一些技術(shù)特征1、 所述的鑲嵌透紫玻璃以加熱嵌入方式進(jìn)行鑲嵌裝配，玻璃加熱溫度在50 12(TC;2、 所述的熱鍵合時(shí)用兩片鋼板固定住芯片，升溫速度10°C/min，鍵合溫度范圍為 80-100°C，施加壓力0.2MPa。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1 、在有機(jī)玻璃上面加工鑲嵌透紫玻璃的檢測(cè)窗口 ，預(yù)留出臺(tái)階厚度做為增加光程的途徑， 一次性解決透光問(wèn)題和光程問(wèn)題，方法簡(jiǎn)單，降低工藝難度以及成本；2、 采用超精密數(shù)控銑削加工以其三維立體直接加工方式，獨(dú)具工藝簡(jiǎn)單，操作方便、加 工即成形特點(diǎn)。銑削方法進(jìn)行微溝道的加工，溝道的尺寸及形狀可控，且可按需求更改微溝 道圖形的形狀，加工效率和加工精度提高；3、 采用有機(jī)玻璃作為加工襯底材料，較以用玻璃為襯底材料的芯片在材質(zhì)的選用上具有 較高性價(jià)比；4、 該制備方法不需要復(fù)雜的工藝設(shè)備，加工工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，制作成本降低，減小加工難度，便于批量化加工，在國(guó)內(nèi)微流控芯片加工領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，必將推動(dòng)微流控芯片加工領(lǐng)域 的發(fā)展。(四)


圖1為實(shí)施例1中直溝道芯片加工圖； 圖2為單個(gè)芯片加工零件結(jié)構(gòu)；圖3為微流控芯片封裝以及光學(xué)檢測(cè)窗口結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施例2中彎角轉(zhuǎn)彎形彎溝道芯片加工圖，封裝方式與實(shí)施例1相同。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述 實(shí)施例1:1、 結(jié)合圖l，中溝道形狀為簡(jiǎn)單的直溝道形式，首先將有機(jī)玻璃加工成所需要芯片尺寸 (25*50mm2)，用去離子水超聲清洗表面；2、 結(jié)合圖2，用數(shù)控銑床進(jìn)行直溝道的加工，在芯片1上利用該儀器X軸控制橫向位移， Y軸控制縱向位移，Z軸控制劃刻深度加工而成，溝道深50pm，寬100pm;3、 加工制作完溝道后，在芯片1上打孔，作為進(jìn)樣池、緩沖樣池、廢液池、樣品回收池； 并且在檢測(cè)位置開檢測(cè)窗口 3，以備鑲嵌玻片以及增加吸收光程先用半徑為0.25mm的鉆頭 打通得到測(cè)試通孔2，再用半徑為0.5mm的銑刀銑出3x3 mri^方槽7，留厚200pm，這樣可 以滿足鑲嵌玻璃的要求，并保證增加吸收光程以及密封條件；4、 透紫玻璃鑲嵌工藝將切割好的玻璃加熱至8(TC，直接鑲嵌到相應(yīng)位置。5、 對(duì)機(jī)加后的有機(jī)玻璃芯片襯底表面進(jìn)行處理采用超聲波清洗，用電子清洗劑DZ-1 和DZ-2分別配置1 #和2#洗液，采用標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝進(jìn)行，然后將芯片襯底放入烘箱，在60°C 溫度下把芯片烘干；6、 熱壓鍵合處理，進(jìn)行溝道的封閉利用天津市科器高新技術(shù)公司生產(chǎn)的WY-99型雙 通道溫度控制儀。熱鍵合時(shí)用兩片95x95x0.2mm3平滑干凈的鋼板固定住芯片，升溫速度 10°C/min，鍵合溫度范圍為80-100°C，施加壓力0.2 MPa。實(shí)施例2:結(jié)合圖3-圖4，本實(shí)施例中溝道形狀為具有彎角轉(zhuǎn)彎形的彎溝道形式，與實(shí)施例1中加 工過(guò)程基本相同，只在溝道加工過(guò)程中將溝道劃刻程序作相應(yīng)改變。1、 首先將有機(jī)玻璃加工成所需要芯片尺寸G0*30mm2)，用去離子水超聲清洗表面；2、 用數(shù)控銑床進(jìn)行彎角彎溝道的加工，通過(guò)相應(yīng)程序控制溝道轉(zhuǎn)彎半徑及位置；3、 加工制作完溝道后，在芯片上打孔，作為進(jìn)樣池、緩沖樣池、廢液池、樣品回收池；并且在檢測(cè)位置開檢測(cè)窗口，以備鑲嵌玻片以及增加吸收光程先用半徑為0.25mm的鉆頭 打通，再用半徑為0.5mm的銑刀銑出3x3 mm2方槽，留厚300pm，這樣可以滿足鑲嵌玻璃的 要求，并保證增加吸收光程以及密封條件；4、 透紫玻璃鑲嵌工藝將切割好的透紫玻璃6加熱至8(TC,直接鑲嵌到相應(yīng)位置。5、 對(duì)機(jī)加后的有機(jī)玻璃芯片襯底表面進(jìn)行處理采用超聲波清洗，用電子清洗劑DZ-1 和DZ-2分別配置1 #和2#洗液，采用標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝進(jìn)行，然后將芯片襯底放入烘箱，在60°C 溫度下把芯片烘干；6、 熱壓鍵合處理，進(jìn)行溝道的封閉利用天津市科器高新技術(shù)公司生產(chǎn)的WY-99型雙 通道溫度控制儀。熱鍵合時(shí)用兩片95x95x0.2 mr^平滑干凈的鋼板蓋板4、底板5固定住芯 片，升溫速度10°C/min，鍵合溫度范圍為80-100°C，施加壓力0.2MPa。
權(quán)利要求
1、一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片，其特征在于芯片的選材為有機(jī)玻璃以及其他聚合物，芯片面積≤100×100mm2，芯片上設(shè)置有微溝道，微溝道的幾何尺寸為寬度10～300μm，深度10～200μm，長(zhǎng)度為30～300mm，溝道形狀可按需求設(shè)計(jì)，并在微溝道檢測(cè)點(diǎn)位置設(shè)置有臺(tái)階通孔和檢測(cè)窗口，臺(tái)階通孔處鑲嵌有透紫玻璃，檢測(cè)窗口設(shè)計(jì)孔徑在10～1000μm，高度在10～500μm；玻璃鑲嵌窗口面積在5×5mm2以內(nèi)，透紫玻璃厚度在200～500μm，作為芯片儲(chǔ)液槽的臺(tái)階通孔孔徑在0.5～2mm之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片，其特征在于所述的 其他聚合物包括聚碳酸酯或聚對(duì)二甲苯或聚二甲基硅氧烷。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片的制備方法，其特征在 于(1) 、采用有機(jī)玻璃以及其他聚合物材料作為芯片襯底材料；(2) 、將襯底材料加工成所需要芯片尺寸，用去離子水超聲清洗表面；(3) 、用微小型數(shù)控三軸立式機(jī)床進(jìn)行機(jī)械法加工微流控芯片微溝道，并在相應(yīng)位置處銑 削檢測(cè)窗口；(4) 、在加工完成溝道的有機(jī)玻璃芯片襯底上相應(yīng)位置制作通孔，銑出玻璃鑲嵌臺(tái)階；(5) 、在檢測(cè)窗口處熱鑲嵌透紫玻璃，然后對(duì)銑削過(guò)的有機(jī)玻璃芯片襯底表面進(jìn)行處理(6) 、熱壓鍵合，進(jìn)行溝道的封閉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片的制備方法，其特征在 于所述的鑲嵌透紫玻璃以加熱嵌入方式進(jìn)行鑲嵌裝配，玻璃加熱溫度在50 12(TC。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片的制備方法，其特征在 于所述的熱鍵合時(shí)用兩片鋼板固定住芯片，升溫速度1(TC/min，鍵合溫度范圍為80-100°C， 施加壓力0.2 MPa。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于紫外-可見吸收檢測(cè)的微流控芯片的制備方法，此種結(jié)構(gòu)芯片專用于紫外-可見吸收檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行生化分析。該結(jié)構(gòu)微流控芯片采用有機(jī)玻璃(PMMA)等聚合物材料為襯底。通過(guò)在芯片所設(shè)計(jì)的檢測(cè)點(diǎn)位置處加工一個(gè)透射通孔臺(tái)階結(jié)構(gòu)，同時(shí)在臺(tái)階位置鑲嵌可透過(guò)紫外線的玻璃，可以解決聚合物襯底微流控芯片紫外光透過(guò)率低以及微米量級(jí)溝道所引起的光程短等兩個(gè)問(wèn)題。這種新型芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，工藝成本低，易于微流控芯片的推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N21/75GK101281136SQ20081006423
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者劉曉為, 宇 宋, 張業(yè)群, 張海峰, 玲 李, 蔚 王, 麗 田 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)