[发明专利]一种微磁场控制的微流控芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域。特别涉及一种微磁场控制的微流控芯片及其制作方法。

背景技术

微流控芯片技术是20世纪90年代在分析化学领域发展起来的，它在一块几平方厘米的芯片上构建化学或生物实验室，将化学和生物实验中说涉及到的各种样品处理，反应，分离，检测等集成到一起，以完成常规生化实验室下的各种功能。

同时，磁性粒子作为一个固相载体，在靶向物质识别，分离，控制给药，分选细胞等方面具有广泛的用途。在微流控芯片上结合磁珠技术是当前研究的热点问题之一。由于尺度的限制(一般永磁铁或电磁铁都是在毫米或者厘米级别)，在微流控芯片上对微米范围内的磁场的精确控制一直还是很困难的。一种方法是在微流控芯片上用微加工技术制作微型的电磁铁，但是这种加工过程较为复杂，并且焦耳热也是一个很严重的问题。另外一种是在通道一侧加工镍带，来实现通道一侧的高磁场梯度，从而实现磁珠的动态分离，但这种方法也是比较宏观的，难于体现在微米尺度下对磁场的精确控制。此外，还有在流体通道底部制作镍柱，在外加磁场作用下镍柱被磁化，产生高的磁场梯度，从而对磁场进行控制。但是现有的加工方法，一般是在玻片上镀上一层金作为导电层，然后进行光刻和电镀镍，由于金与聚合物材料很难键合在一起，在进样过程中容易发生漏液的情况。另外由于在捕获过程中镍柱直接与磁性物质相互接触，使得当磁场撤掉后，捕获的磁性物质很难被释放(镍磁化后具有一定的剩磁)。还有人在光刻好的基底上用电子束物理气相沉积一层钛的微图案，然后再在上面沉积几百纳米的镍，最后用等离子体增强型的化学气相沉积一层二氧化硅将镍微图案封装在里面，这样做的效果较好，但是对仪器设备的要求较高。并且一般将外磁铁放在芯片流体层正上方或者底下，使得在一般的倒置荧光显微镜下难于观察。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况，提供一种制作方法简单、键合牢固且可在微米范围内对磁场实现精确控制的微磁场控制的微流控装置。

本发明依据的原理是：由于软磁性材料具有很高的磁导率，在外加磁场的作用下，能够磁化，在其附近区域能够产生一个很高的磁场梯度，从而吸引磁珠在其附近聚集。微图案之间梯度的重叠，能够更好的捕获磁珠。通过微图案来控制形成磁珠的图案化。不同宽度布置的微图案，可以实现磁珠图案之间的不同宽度。不同周期布置的微图案具有不同的磁场分布，进而有磁珠的不同周期分布，其捕获的磁珠量也不同。结合微流控流体层芯片中的层流技术，可以实现在其芯片上原位同时修饰两种或多种抗体，蛋白等，由此可以对多种靶向物质进行同时检测

本发明采用的技术方案是：

一、微磁场控制的微流控装置由微流控流体层芯片、具有软磁性材料微图案的基板和磁源体所构成。其微流控流体层芯片由聚合物材料制作而成；其具有软磁性材料微图案的基板由透明导电基板制作而成，其微图案对应所需的磁珠排列设计且其上覆盖有一层聚合物材料；其微流控流体层芯片通过聚合物材料以永久不可逆键合方式连接在具有软磁性微图案的基板上方；其磁源体安装在具有软磁性材料微图案的基板与微流控流体层芯片形成的键合体上。

上述方案中：聚合物材料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙稀酸甲脂、聚碳脂、聚苯乙烯；透明导电基板包括ITO导电玻璃、FTO导电玻璃和镀金玻璃；软磁性材料包括镍和不同比例的镍铁合金；磁源体包括由永磁铁或电磁铁构成的“NS”磁极对、单一的永磁铁或电磁铁。当磁源体采用一对永磁铁或电磁铁构成的“NS”磁极对时，置于具有软磁性材料微图案的基板的下方位于流体层芯片通道的两侧；当磁源体采用一个永磁铁时，置于具有镍微图案基板下方位于流体芯片通道的一侧。

二、制备微磁场控制的微流控装置的方法由下述步骤所构成：

1、采用原位生成法，将液态聚合物材料置入用软刻蚀方法制得的微流控流体层芯片的阳模模板上，待反应固化后脱模成型，制得微流控流体层芯片；

2、在透明导电基板上用软光刻与电镀相结合的方法，制得对应所需的磁珠排列设计的具有软磁性材料的微图案；

3、用聚合物材料封装导电基板上的软磁性材料微图案；

4、用氧等离子体处理的方法，通过聚合物材料使微流控流体层芯片和具有软磁性材料微图案的导电基板实现永久不可逆键合；

5、在由微流控流体层芯片和具有软磁性材料微图案的导电基板形成的键合体上安装磁源体。

上述方案中：制备微流控流体层芯片的阳模包括金属基阳模、单晶硅阳模、和玻璃阳模；在导电基板上制备软磁性材料微图案所使用的软光刻与电镀相结合的方法，包括电镀、真空蒸镀，磁控溅射，电子束物理气相沉积。