[发明专利]一种可实现正面侧面同时观测的微流控芯片及制备方法

说明书

本发明公开了一种可实现正面侧面同时观测的微流控芯片及制备方法，本发明对传统PDMS芯片加工工艺进行改进，在其内部添加一个45o反射镜，采用上下两层模板先后浇铸的方式，避免上下两层模型键合粘接形成的键合面对通道侧面观测的影响。通道凸模前处理；安放三棱镜；一次PDMS浇铸；键合盖板；黏贴矩形反射镜片；二次PDMS浇铸；芯片切割；观测；该工艺可加工出既可实现传统正面观测又可实现侧面观测的PDMS微流控芯片，满足同一芯片对微流控通道三维可视化研究的需求。该发明采用液态PDMS溶液先后两次浇铸，可使加工出的芯片模型没有中间键合面，正面和侧面的透明度极高，避免了传统上下两层键合面对侧面观测的影响。

技术领域

本发明涉及一种新型微流控芯片的加工工艺，可以满足加工可正面和侧面观测的微流控芯片。本发明属于微流控芯片加工制造领域。

背景技术

微流控技术是指微米级机构中操控纳升至皮升体积流体实现流体流动、传热、化学反应的技术与科学，广泛应用于生物、化工医药、能源、航空航天等领域，微流控技术同时具有生成速率快、反应时间短、混合充分、无交叉污染等特点，属于21世纪新兴技术，近年来国内外微流控技术发展较快，并得到应用。微流控核心技术内容包括：微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制、微流器件及系统的集成与封装。目前微通道制造材料以单晶硅、玻璃和高分子聚合物为主，近年来以高分子聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料加工微通道的方式成为微流控芯片制造的主要方式，PDMS作为一种有弹性透明高的高分子聚合物，满足微流控通道加工成型度高、热稳定性好、光学性能好、生物兼容性等要求，在微流控芯片制备过程中被广泛应用。在微流控芯片加工过程中，将液态的PDMS试剂浇注在刻有微通道硅片凸模上，然后待其固化后取下，在其一侧表面形成凹陷下去的微通道，然后将微通道粘在光滑的玻璃板或者PDMS底板上，形成中间密闭的微通道，然后在微通道的进出口位置打孔，插入细小的管子，实现对微通道内流体的通入和流出。目前现有的PDMS类型的微通道都采用各类显微镜从微流控通道的正上方观测通道内流场或者流体内物质的运动状况。但随着微流控技术的不断发展和对微通道领域研究的不断深入，单纯从微通道正上方观测和研究二维通道内流场和物质已经无法满足研究需求，对于三维微通道内的流场或流体内部物质相关特性的研究需求越来越强烈。因此，本发明实现加工一种既可正面观测也可侧面观测的微流控芯片，并对现用PDMS加工工艺进行完善。目前传统的PDMS类型微流控芯片加工工艺主要由通道浇注、芯片键合和芯片切割三部分。由于固化后PDMS材料本身特性，在芯片切割过程中刀片与PDMS模型的切割断面粗糙度较大且透明度差，无法直接实现从芯片侧面观测内部微通道。目前，有一种三维超景深高速显微镜可以实现从微通道正上方观测并通过自动调节景深来构建出微通道内部的三维状况。但是该三维显微镜只能观测静态或不透明的物体，对半透明或者透明的流体细胞或者粒子无法精准观测。该三维显微镜价格昂贵，国内暂无相关产品。因此，本发明主要创新了一种微流控芯片制作方法，满足对微流控通道正面和侧面同时观测。该方案简单可靠，加工成本低，普通生物实验室就可完成芯片加工，具有一定的科研和应用价值。

发明内容

本发明主要针对传统方式加工的PDMS芯片只能从通道的正面观测而无法实现侧面观测的局限性，发明了一种新型的PDMS材质的微流控芯片的加工工艺。该工艺可以应用于微通道技术细胞或者粒子分选或捕获等相关微通道三维流场可视化研究领域。

传统的PDMS微流控芯片的加工过程如下：

首先通过光刻法在光滑的硅片上加工出用于浇注微通道的凸模；液态的将PDMS(聚二甲基硅氧烷)预置剂A溶液和凝固剂B溶液按照10:1的比例进行混合均匀，将混合后PDMS溶液浇注在刻有微通道的凸模上，然后进行烘烤固化，取下固化后的PDMS上层模型；然后将没有任何通道固化后PDMS下层底板模型和有通道的PDMS上层模型键合在一起，形成密闭的微流控通道芯片，根据需要将芯片整体切割完成加工。该方式加工而成的通道可使用显微镜对通道正面进行观察研究，但无法实现在通道的四周侧面进行观测。