CN103055980A - 一种基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，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，从而实现微流体溶液中各组分物质的快速高效的反应，主要应用于催化反应、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与反应，极大降低了微流体溶液混合与反应的成本，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，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，从而实现微流体溶液中各组分物质的快速高效的反应，主要应用于催化反应、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、分析和反应的关键，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中各物质的快速高效反应，已经成为微流控分析芯片技术中的研究难题和热点。
高效的反应依赖高效的混合，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，从而实现微流控芯片的微流体中各物质的高效反应。发展一种便捷、快速、高效、低成本的微流体反应技术，应是微流控芯片分析技术的研究方向之一，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/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，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，从而实现微流体溶液中各组分物质的快速高效的反应，主要应用于催化反应、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：
(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，包括微泵微通道、进样孔、混合与反应主通道和出样孔。
(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/纳结构的微流控反应芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、COC、铜、铝、不锈钢、硅片、玻璃圆片，也可是市售的各类普通CD光盘。
本发明中，基于微/纳结构的微流控反应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/纳结构的微流控反应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/纳结构的微流控反应芯片的微通道的微/纳结构是实现溶液的均匀混合。
本发明中，基于微/纳结构的微流控反应芯片的微通道的微/纳结构是实现溶液中各物质在均匀混合中快速地反应。
本发明提出的基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，操作简单、实现了微流体溶液的高效混合与反应，极大降低了微流体溶液混合与反应的成本，具有便携、经济、快速、高效的特点，在催化反应、相变反应、多组分反应等相关领域中具有良好的应用前景。
附图说明
图1.基于微/纳结构的微流控反应芯片的结构示意图。
a.溶液驱动泵，b.溶液驱动泵，c.蛇形混合区，d.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、油渍等污渍。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，制成微流控反应芯片。将样品溶液通过两个电渗泵加入微流控芯片的进样注入孔，溶液在外置电渗泵的驱动下进入微通道中的蛇形混合区，发生混合与反应，最后实现在微/纳结构促进下的微流体溶液中各物质的快速反应。
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、油渍等污渍。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，制成微流控反应芯片。将样品溶液通过两个电渗泵加入微流控芯片的进样注入孔，溶液在外置电渗泵的驱动下进入微通道中的蛇形混合区，发生混合与反应，最后实现在微/纳结构促进下的微流体溶液中各物质的快速反应。
Claims (9)
1.一种基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，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，从而实现微流体溶液中各组分物质的快速高效的反应。
2.按权利要求1所述的基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，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，包括微泵微通道、进样孔、混合与反应主通道和出样孔。
(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/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应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/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应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/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应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/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应芯片由微结构和微通道组成，构成混合和反应单元。
7.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应芯片通过溶液在微通道表面的多次无序碰撞进行高效混合与反应。
8.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应芯片可快速实现微流体溶液中各物质的高效反应。
9.按权利要求1或2所述的基于微/纳结构的微流控反应芯片及其制备方法，其特征在于，这种基于微/纳结构的微流控反应芯片具有便携、经济、快速、高效，在催化反应、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。
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