[发明专利]一种微流控分离芯片及制作方法

说明书

本发明公开了一种微流控分离芯片及制作方法，包括PDMS基片和PDMS盖片，PDMS基片设有一个主沟道，主沟道上设有分离支点和分离沟道，PDMS基片上设有1个进液池、8个分离储液池以及与8个分离储液池相对应的8个电渗流控制电极，8个电渗流控制电极与8个分离储液池之间设有1层厚度为5微米的PDMS绝缘垻。PDMS盖片底部对应位置上设有与基片上8个分离储液池以及进液池大小相同的储液池以及进液池，在盖片上与基片上分离支点对应的位置分别放置有直径为5微米的玻璃小球。本发明中进行介电击穿所需的电压低，能实现样品的自动控制分离，实验的安全性以及可操作性高，实验成本低。

技术领域

本发明涉及一种微流控分离芯片及制作方法。

背景技术

微流控芯片，又叫“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)，是利用微机电技术在一片面积狭小的芯片上，制作微泵、微阀、微电极、微滤器、微反应器等结构元件，实现宏观的各实验室单元功能的微型化集成，最终实现芯片实验室的功能。微流控芯片技术与传统的生物化学样品检测制备技术相比，该技术的样品损耗少、检测响应快、操作简单，既可以缩短检测时间，又可以提高检测的灵敏度、准确度以及效率，已逐步在生物化学检测领域进行了推广应用，具有非常重要的应用价值。

目前，大多数学者所设计的微流控芯片，其样品检测产物的控制是单方向性，人工干预高，自动化程度低，其不同产物之间的分离和提取存在一定的难度，这也制约了该项技术的应用和推广。

根据科学家的研究表明，一些材料在特定条件下所发生的介电击穿不会造成永久的破坏，具有可恢复性。

击穿分为热击穿和电击穿，其中电击穿是在室温或者低温下，由于电子失稳造成的，属于本征击穿。

固体电介质在高电场下击穿造成介质破坏的因素是：温度和场强达到热击穿，或者电弧放电造成毁坏。在填充导电液体的沟道中进行，密封环境下可以避免电弧放电产生的击穿破坏。为了避免热击穿的损坏，一旦达到本征击穿的场强，便不再增加电压；尽量通过各种手段减少热量的增加，避免热击穿带来的损坏。

电弧放电电弧的形成是电极之间空气中性质子(分子和原子)被游离的过程。Klein实验中，电极两端加上电压，在微秒内产生10安培级别的电流，电流密度能达到10¹⁰A/cm²。由于实验在填充导电液体的沟道中进行，密封环境下可以避免电弧放电产生的击穿破坏。

热击穿有确定的的临界击穿场强，数量级均在10⁸V/m或者更高，大量的热量会导致材料的损坏(熔化)。为了避免热击穿的损坏，一旦达到本征击穿的场强，便不再增加电压；尽量通过各种手段减少热量的增加，避免热击穿带来的损坏。

单位时间内通过表面A由导热系统进入系统的热量Q₁，单位时间内单位体积(AL)中内热源(电加热)产生的热量Q₂,单位时间内单位体积中热量的增加Q₃。

导热体系建立能量平衡方程：Q₁+Q₂＝Q₃。(假设是稳态模型下)稳态下，Q₃为0，即内热源产生的热量全部传导出去，不引起内能变化。

热导率的方程式为：

A(m²)——导热横截面截面，L(m)——两热源厚度，ΔT(K)——温度差，单位时间内直接传导的热量，热导率k(W/mK)——材料导热的能力。

由仿真数据得出结论，微流控芯片的通道壁(用于介电击穿控制)厚度设计在5微米以内可以有效防止击穿损坏，相对应的通道直径设计为10微米级别。