一種采取新的流體驅(qū)動方式的微流控芯片裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種采取新的流體驅(qū)動方式的微流控芯片裝置，屬于分析測試領(lǐng)域。采用廉價且極易加工的聚二甲基硅氧烷即PDMS來制作微流控芯片的基片，實際存在一些難題；該PDMS材料其表面強烈疏水，而針對性的表面改性或表面修飾，其效果難于持久，本案旨在解決該系列相關(guān)問題。本案要點是，基片選定具有原生態(tài)表面的PDMS，并將其夾持臂上附設(shè)有微型超聲波換能器的彈力夾以彈力咬合定位在該微流控芯片的試樣液流終端其近鄰位置，以超聲波降低界面張力，同時利用PDMS對超聲波的強吸收能力，達成超聲波強度在短距離內(nèi)快速遞減，并由此在該芯片的兩端形成界面張力差異，藉此驅(qū)動試樣液流沿著原本疏水的毛細管通道向該終端方向流動。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種采取新的流體驅(qū)動方式的微流控芯片裝置，屬于分析測試領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
關(guān)于微流控技術(shù)其本身的整體概貌而言，可以參見著名微流控專家林炳承先生不久前出的專著“圖解微流控芯片實驗室”，該專著已經(jīng)由科學出版社出版，該專著對于微流控技術(shù)的過去、現(xiàn)在，以及，未來展望等等方面，都有著詳盡的、深入到具體細節(jié)的長篇論述。微流控芯片經(jīng)常應(yīng)用到的領(lǐng)域包括對含有生物大分子的試樣溶液進行各種分析、檢測。微流控芯片的基本架構(gòu)，包括刻蝕有微小液流通道的基片以及與之貼合在一起的蓋片，所述基片上的微小液流通道，在裝配上蓋片之前，表觀上看就是一些微槽道，要等到在其上覆蓋了蓋片之后，才真正閉合形成所述微小液流通道，該微槽道的槽道內(nèi)表面連同包繞著該微槽道的那部分蓋片一起構(gòu)成所述的微小液流通道；那么，顯然，裝配完成了之后的該微小液流通道，它的內(nèi)表面面積的主要部分是那個微槽道的內(nèi)表面面積，換句話說，該微槽道內(nèi)表面的狀態(tài)或性質(zhì)基本上決定了該微小液流通道的整體狀態(tài)或性質(zhì)；因此說，這個構(gòu)建在基片上的微槽道的內(nèi)表面狀態(tài)或內(nèi)表面性質(zhì)是關(guān)鍵因素；原則上講，任何的能夠保持或基本保持其固體形態(tài)的材料，都能夠用來制作基片及蓋片，比如，能夠用作基片及蓋片的材料可以是單晶硅片、石英片、玻璃片、高聚物如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等等；當然，基片的選材和蓋片的選材可以相同，也可以不相同；從材料耗費、制作難度以及應(yīng)用普及前景等等方面來看，這些材料之間存在不小差異，尤其是那個基片的選材，影響較大。在各種基片制作材料中，聚二甲基硅氧烷，即PDMS，相對而言十分容易成型，在這樣的基片上制作微槽道極其簡單，并且該材料成本低廉，以該聚二甲基硅氧烷材料制作基片，在其上壓制或刻蝕微槽道，并與玻璃或聚丙烯或其它塑料片等廉價材料制作的蓋片相配合，貌似是一種比較理想的選擇；當然，蓋片材料也可以選擇使用廉價的聚二甲基硅氧烷材料：那么，這種基片選材為聚二甲基硅氧烷材料的方案，材料極便宜，制作極簡易，看似也應(yīng)當極易于普及、推廣。但是，事情并非如此簡單。其一，這個聚二甲基硅氧烷材料，即縮寫字母PDMS所指代的材料，其本身是一種強烈疏水的材料，在這一材料上構(gòu)建微槽道，如果不進行針對該微槽道表面的改性操作，那么，整體裝配完成之后，即蓋上蓋片后，因結(jié)構(gòu)中的所述微槽道其內(nèi)表面占據(jù)了大部分的液流通
道的內(nèi)表面，那么，該PDMS微槽道內(nèi)表面其強烈的疏水特性，是決定性因素，它會使得類似于水溶液的極性液體微細液流的通過變得十分困難，其流動阻力之大，甚至一般的微泵都難以推動，當然，如果蓋片也選擇使用該PDMS材料，那么，問題基本上一樣，大同小異；因此，在現(xiàn)有技術(shù)之中，特別針對該PDMS材料上的微槽道內(nèi)表面進行改性修飾，是必須的操作；那么，這個針對PDMS微槽道內(nèi)表面的改性操作很麻煩嗎？那倒也不是這個問題，構(gòu)成嚴重技術(shù)困擾的，是另一個問題：這個PDMS材料基片其體相內(nèi)部的PDMS聚合物分子具有自動向表面擴散、遷移的特性，這種基片體相內(nèi)部PDMS聚合物分子自動向表面擴散、遷移的特性，將使得經(jīng)過表面改性修飾的那個微槽道其內(nèi)表面的改性之后的狀態(tài)并不能維持足夠長的時間，那個經(jīng)表面改性之后的微槽道其內(nèi)表面狀態(tài)的維持時間大致僅夠完成實驗室內(nèi)部測試實驗的時間需要；換句話說，經(jīng)過表面改性或表面修飾的該PDMS微槽道內(nèi)表面，其改性之后或日修飾之后所形成的表面狀態(tài)并不能持久，而是很快地自動趨于或日變回表面改性之前的表面狀態(tài)，在較短的時間里就回到那種原本的強烈疏水的表面狀態(tài)，那么，試想，這樣的微流控芯片能夠大量制作、大量儲存、廣泛推廣嗎，答案很明顯，那就是，不可能。這個PDMS材料上的微槽道，不做表面修飾的話，類似于水溶液的極性溶液微細液流無法泵送通過，芯片也就沒法使用；而如果做了表面修飾，又無法持久保持其修飾之后的狀態(tài)，還是同樣無法推廣應(yīng)用。那么，如何做到既能夠利用廉價的PDMS材料來制作基片，而又能夠解除所述微槽道內(nèi)表面修飾狀態(tài)無法持久、芯片無法大量制作、大量儲備進而廣泛推廣這樣一個令本領(lǐng)域眾多專業(yè)人員長期糾結(jié)的困擾，就是一個明擺著的其技術(shù)障礙不可小覷的高難度問題。該高難度問題已經(jīng)存在很多個年頭了，迄今為止，尚未得到妥善解決。其二，未經(jīng)表面修飾的PDMS材料，上文已經(jīng)述及，其表面強烈疏水，這種強烈疏水的材料表面并且還有另一個問題，那就是，這種強烈疏水的PDMS表面會吸附生物大分子，并且，這些被吸附的生物大分子還會進一步地在PDMS表面上更深一步的沉陷，漸陷漸深，直至沉陷入到PDMS基片的體相之內(nèi)，其實，這種過程，部分地也是由于PDMS材料體相內(nèi)部聚合物分子具有向表面擴散、遷移運動所導(dǎo)致；這種情況，也可以從另一個角度來解釋，即，持續(xù)不斷地由PDMS體相內(nèi)部向其表面擴散、遷移的那些聚合物分子，其運動的結(jié)果，是逐漸地將那些已經(jīng)被表面吸附的生物大分子卷入PDMS基片的體相之內(nèi)，簡單地說，這些被吸附的生物大分子就是被PDMS基片體相吞沒了；那么，這種PDMS基片體相吞沒生物大分子的現(xiàn)象，其所造成的影響，必然是導(dǎo)致涉及生物大分子的各類實驗測試數(shù)據(jù)的嚴重偏差。如上所述，PDMS基片的問題是，它不但表面吸附生物大分子，而且吞沒生物大分子，這樣一來，作為實驗測試對象的生物大分子其消失不會因為表面飽和吸附而停止，而是，不斷被吸附，還不斷地被吞沒。關(guān)于PDMS基片在相關(guān)實驗測試過程中其體相不斷吞沒測試相關(guān)生物大分子的現(xiàn)象，另一種解釋是說，PDMS體相內(nèi)存在大量的微小氣孔，相關(guān)生物大分子被表面吸附之后，沉陷進入這些微小氣孔，進而被吞沒；然而，本案專利技術(shù)人認為，那些能夠容許微小尺度的空氣分子擠入其間的所述微小氣孔，不等于說它們也能直接容許相對大尺度的生物大分子進入，兩者在尺度上差別巨大，不可一概而論。撇開解釋，無論怎樣，作為相關(guān)測試分析對象的生物大分子被PDMS基片微槽道內(nèi)表面吸附，進而不斷被PDMS基片體相所吞沒，這是已知客觀存在的現(xiàn)象。為了阻止這種PDMS基片體相對于生物大分子的吞沒作用，可以從遏制PDMS表面對生物大分子的吸附來著手解決，辦法就是針對該PDMS材料表面進行化學修飾改性，對于以PDMS為基片材料的情況來講，就是對所述的微槽道部分的表面進行化學修飾改性，經(jīng)過化學修飾改性的所述微槽道內(nèi)表面，能夠遏制其對生物大分子的吸附，進而避免生物大分子被PDMS基片體相所吞沒；但是，還是那個老問題，那就是，PDMS材料表面上的化學修飾改性之后的表面狀態(tài)無法持久保持，該PDMS基片體相內(nèi)部的聚合物分子其自動向表面擴散、遷移的過程，會很快地將那個經(jīng)過表面化學修飾改性的微槽道內(nèi)表面狀態(tài)變回原本的強烈疏水并且強烈吸附生物大分子的狀態(tài)，換句話說，無論該領(lǐng)域?qū)I(yè)人員們怎樣折騰，該PDMS基片其微槽道內(nèi)表面總是快速地向強烈疏水表面狀態(tài)演變。那么，如何既能夠獲得PDMS材料價格極其低廉、基片制作極其簡易的好處，又能夠達成長期遏制該PDMS基片微槽道內(nèi)表面對生物大分子的吸附進程，進而阻止PDMS基片體相對生物大分子的吞沒作用，使得相關(guān)芯片制成品能夠維持一個足夠長時間的、合理的保質(zhì)期，就是一個十分棘手的難題。該難題如同上文述及的另一個難題一樣，同樣令本領(lǐng)域眾多專業(yè)人員長期糾結(jié)、困擾，該難題同樣是一個明擺著的其技術(shù)障礙不可小覷本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種采取新的流體驅(qū)動方式的微流控芯片裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)包括微流控芯片，該微流控芯片的結(jié)構(gòu)包括相互貼合裝設(shè)在一起的基片和蓋片，該微流控芯片其試樣液流進樣端與該試樣液流流動的終端相互遠離，該進樣端與該終端之間的距離介于3厘米與10厘米之間，其特征在于，該基片其材質(zhì)是聚二甲基硅氧烷材質(zhì)，該基片其表面是原生形態(tài)的表面，該原生形態(tài)的表面其意思指的是沒有經(jīng)過任何表面化學修飾或任何表面化學改性的該材質(zhì)的原生形態(tài)的表面，該裝置的結(jié)構(gòu)還包括彈力夾，該彈力夾的兩個相向的夾持臂咬合定位在該微流控芯片的鄰近所述終端的位置，至少在其中的一個所述夾持臂上貼附固定裝設(shè)有微型超聲波換能器，以及，高頻振蕩電訊號傳輸電纜，該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端與該微型超聲波換能器連接在一起；該彈力夾提供了一個方便該裝置拆解的功能；該微型超聲波換能器其主要功能是在微流控芯片實際進樣測試時，利用其所發(fā)射的超聲波來降低試樣溶液與該微流控芯片其內(nèi)部通道的內(nèi)壁之間的界面張力，使其能夠相容，并且，利用所述進樣端以及所述終端與該微型超聲波換能器裝設(shè)位置之間的距離差異以及其所感受到的超聲波強度上的差異，誘導(dǎo)形成所述進樣端其界面張力與所述終端其界面張力之間的差異，該微流控芯片該兩端之間的界面張力差異會在該微流控芯片的該兩端之間形成壓力差異，該壓力差異會驅(qū)動試樣溶液向所述終端流動；該微型超聲波換能器其功能還包括以其所發(fā)射的超聲波遏止試樣中所含有的生物大分子其在該微流控芯片其內(nèi)部通道內(nèi)表面上的吸附，進而遏止該聚二甲基硅氧烷材質(zhì)的基片其體相對該生物大分子的吞沒作用；柔軟并具彈性的該聚二甲基硅氧烷材質(zhì)的基片其功能包括以其對超聲波強烈吸收的性質(zhì)，對超聲波進行強烈吸收，并藉此在該微流控芯片該終端到該進樣端之間的有限的短距離之內(nèi)實現(xiàn)超聲波強度的快速遞減。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種采取新的流體驅(qū)動方式的微流控芯片裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)包括微流控芯片，該微流控芯片的結(jié)構(gòu)包括相互貼合裝設(shè)在一起的基片和蓋片，該微流控芯片其試樣液流進樣端與該試樣液流流動的終端相互遠離，該進樣端與該終端之間的距離介于3厘米與10厘米之間，其特征在于，該基片其材質(zhì)是聚二甲基硅氧烷材質(zhì)，該基片其表面是原生形態(tài)的表面，該原生形態(tài)的表面其意思指的是沒有經(jīng)過任何表面化學修飾或任何表面化學改性的該材質(zhì)的原生形態(tài)的表面，該裝置的結(jié)構(gòu)還包括彈力夾，該彈力夾的兩個相向的夾持臂咬合定位在該微流控芯片的鄰近所述終端的位置，至少在其中的一個所述夾持臂上貼附固定裝設(shè)有微型超聲波換能器，以及，高頻振蕩電訊號傳輸電纜，該高頻振蕩電訊號傳輸電纜的一端與該微型超聲波換能器連接在一起；該彈力夾提供了一個方便該裝置拆解的功能；該微型超聲波換能器其主要功能是在微流控芯片實際進樣測試時，利用其所發(fā)射的超聲波來降低試樣溶液與該微流控芯片其內(nèi)部通道的內(nèi)壁之間的界面張力，使其能夠相容，并且，利用所述進樣端以及所述終端與該微型超聲波換能器裝設(shè)位置之間的距離差異以及其所感受到的超聲波強度上的差異，誘導(dǎo)形成所述進樣端其界面張力與所述終端其界面張力之間的差異，該微流控芯片該兩端之間的界面張力差異會在該微流控芯片的該兩端...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李榕生，吳大珍，雷克微，李天華，任元龍，干寧，馮小彬，朱云云，王家雨，何家麗，
申請(專利權(quán))人：寧波大學，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33