自驱动超高流速激光刻蚀微缝‑纸基微流装置及制备方法，该装置包括在纸基上加工的亲水结构，及与亲水结构的通道位置相契合的、平行于通道轴向激光刻蚀的微缝结构；制备时先绘制LCC‑μPADs的芯片结构，再通过PDMS丝网印刷复杂结构的纸基亲水通道，最后用激光雕刻仪沿纸基亲水通道轴向精准刻蚀平行阵列的数条微缝；LCC‑纸基通道无需外加驱动泵极大地提高了纸通道中液流速度；本发明专利技术给出阵列微缝上下级连接的不同微结构，以满足对液体流型和传输速度的多种应用需求；该装置具有结构简单、加工过程快捷、便于多功能单元集成、适用于高粘度和高挥发性等多种溶剂的优点，为生物化学、医学和环境保护等领域的快速高效分析测定提供了一种新型、便宜、高效的μPADs和方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微流控
，特别涉及一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置及制备方法。
技术介绍
2007年Whitesides等(Angew.Chem.,Int.Ed.,2007,46,1318)首次提出微流纸基分析装置(μPADs)，因试剂消耗少、体积小、便携带和成本低等优点，已被迅速发展，并用于重金属、核酸、蛋白质、细胞、病原体、癌症标记物和血液等复杂样品的精细分析(Anal.Chem.,2015,87,19)。随着对μPADs的多功能集成化、操作简单化和分析过程自动化的需求，更多的操作单元如生物、化学、医学分析过程中样品制备、反应、分离和检测等步骤将被集成在纸基芯片上。然而，毛细作用力驱动(Edward W.Washburn,Phys.Rev.,1921,17,273)液体在纸通道中流动，但液流移动非常缓慢，导致分析检测时间过长、还伴随诸多次生问题，如过多溶液挥发引起定量分析偏差等，限制了具有复杂网络结构的多功能单元μPADs的应用。此外，纸基通道对传输液流不同成份的吸附和层析作用存在，不利于两种溶液的混合、传输及反应等单元的集成。因此，对纸基通道液体流动的操控，特别是液流快速传输及溶液混合，是μPADs实现多功能单元集成的关键。为了提高液流在纸基通道中的流速，Jahanshahi-Anbuhi等通过 在亲水的纸基通道的上下表面涂布柔性薄膜，使纸通道中液流速度提高了10倍(Lab Chip,2012,12,5079)。Crooks等专利技术了一种由蜡疏水通道的顶层、空心通道的中间层和亲水纸通道的底层组成的三层立体中空的液流通道，使流速提高7倍(J.Am.Chem.Soc.,2014,136,4616)。Giokas等使用机械刀在亲水的纸通道表面切割出一条不穿透的浅微沟，可提高流速3倍(Anal.Chem.,2014,86,6202)。最近Martinez等发展了一种堆叠的两层结构的纸基通道可以使流速提高2倍(Lab Chip,2015,15,4461)。这些具有特殊结构的纸基通道都是在无需外力驱动改善液体流速，但对多功能单元μPADs的液流速率提高显然还是不够的，而且前述方法还不同程度地增加了纸基装置结构的复杂性。Whitesides课题组使用机械刀在疏水纸表面切割出微米级的沟槽，经过胶带封装，再通过注射泵压力驱动液体快速流动(Lab Chip,2013,13,2922)，该方法虽然极大地提高了液流速度，但必须外加泵装置，这就弱化了μPADs体积小、便携带和成本低等优势。因此，发展具有结构简单和高速液流的自驱动纸基通道，对于发展多功能单元μPED集成、扩展其应用领域具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术在改善纸基通道流速时结构复杂、且流速提高不足，需外加驱动泵等的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置及制备方法，简称为LCC-μPADs将激光雕刻技术用于纸基微流芯片加工，在丝网印刷PDMS亲水纸基通道中激光刻蚀出所需数量的平行印刷通道轴向的阵列微缝，通过 调整微缝数目可获得不同的液流速度；对于包含多层液流通道网络结构，在T型通道连接处设计阵列微缝的不同连接结构产生多种微液流流型，来满足对液体流型和传输速度的应用需求，极大地提高了无外力驱动下的纸基通道中的液流速率，克服了单纯印刷纸通道中流速极慢的缺陷。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置，包括在纸基上加工的亲水结构，以及与亲水结构的通道位置相契合的、平行于通道轴向激光刻蚀的微缝结构，所述的微缝结构是阵列微缝且均匀分布在亲水结构的通道内。所述的纸基上加工的亲水结构，加工方法应用但不局限于PDMS丝网印刷、光刻法、喷蜡打印法或等离子疏水法。所述的一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置，简称LCC-μPADs，包括3种类型，分别为：LCC-纸基直通道微流芯片即芯片-A、T型微缝结构LCC-纸基多单元阵列分流芯片即芯片-B、LCC-纸基微流稀释芯片即芯片-C；所述的LCC-纸基直通道微流芯片即芯片-A，包括纸基亲水结构I，在纸基亲水结构I的纸基亲水直通道5相契合的位置设置有包含着阵列平行的激光刻蚀直微缝19；所述的T型微缝结构LCC-纸基多单元阵列分流芯片即芯片-B，包括纸基亲水结构II，纸基亲水结构II中包括八个阵列亲水分流的二级通道，在二级通道的直通道内设置有八条激光刻蚀平行阵列的直微 缝20，在二级通道的弯通道位置设置有八条阵列弧形平行的微缝21，在T型通道位置8处设置有包含上游下游微缝连接的8种结构，所述的8种微缝结构分别是间隔连接型22、远边沿连接型23、中间连接型24、近边沿连接型25、交叉连接型26、不连接型27、贯穿不连接型28和侧边连接型29；所述的LCC-纸基微流稀释芯片即芯片-C，包括纸基亲水结构III，纸基亲水结构III包括六级稀释亲水通道11，六级稀释亲水通道11的直通道内设置有包含平行阵列的八条微缝的直微缝，T型通道位置设计中间连接型的微缝结构30。一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制作激光刻蚀微缝-纸基微流装置LCC-μPADs的芯片结构(1.1)、用绘图软件分别绘制三种芯片的纸基亲水结构I、II和III作为PDMS丝网印刷疏水障碍的网版图，所述的三种芯片分别为：LCC-纸基直通道微流芯片即芯片-A、T型微缝结构LCC-纸基多单元阵列分流芯片即芯片-B、LCC-纸基微流稀释芯片即芯片-C；所述的纸基亲水结构包括但不局限PDMS丝网印刷、光刻法、喷蜡打印法或等离子疏水法加工获得；(1.2)再刻蚀与三种芯片的纸基亲水通道结构和位置相契合的、平行于通道轴向的激光刻蚀阵列微缝结构IV、V和VI，使阵列微缝均匀分布在亲水纸基通道内，并把微缝结构IV、V和VI作为激光刻 蚀微缝加工模板图；(1.3)、对芯片-A的微缝结构IV，在纸基亲水直通道5相契合的位置设置有包含着阵列平行的八条激光刻蚀直微缝19；(1.4)、对芯片-B的T型LCC微缝结构V，在与纸基亲水结构II中的八个阵列亲水分流的二级通道中相契合的位置，其中在直通道内设置八条激光刻蚀平行阵列的直微缝20，在其中的弯通道位置刻蚀八条阵列弧形平行的微缝21，在其中的T型通道位置8设置包含上游下游微缝连接的8种结构，所述的8种结构分别是间隔连接型22、远边沿连接型23、中间连接型24、近边沿连接型25、交叉连接型26、不连接型27、贯穿不连接型28和侧边连接型29；(1.5)、对芯片-C的微缝结构VI，在纸基亲水结构单元III的纸基六级稀释亲水通道11内相契合的位置，其中直通道内设置有包含平行阵列的八条微缝的直微缝、T型通道位置设置中间连接型的微缝结构30；所述的上游下游微缝连接的8种结构的连接方式包括但不限于所列的8种结构，改变纸基通道内微缝数量、上游下游微缝间相连接的微缝数目及连接微缝的排列方式，均能够调节T型位置的微缝连接结构以获得不同的特征流型，以适应实际应用中对流型的不同需求；步骤二、制作激光刻蚀微缝-纸基微流装置LCC-μPADs(2.1)、在激光刻蚀开始前，需对纸基亲水结构I、II和III的通道位置进行对准调整，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝‑纸基微流装置，其特征在于，包括在纸基上加工的亲水结构，以及与亲水结构的通道位置相契合的、平行于通道轴向激光刻蚀的微缝结构，所述的微缝结构是阵列微缝且均匀分布在亲水结构的通道内；所述的纸基上加工的亲水结构，加工方法应用但不局限于PDMS丝网印刷、光刻法、喷蜡打印法或等离子疏水法。
【技术特征摘要】
1.一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置，其特征在于，包括在纸基上加工的亲水结构，以及与亲水结构的通道位置相契合的、平行于通道轴向激光刻蚀的微缝结构，所述的微缝结构是阵列微缝且均匀分布在亲水结构的通道内；所述的纸基上加工的亲水结构，加工方法应用但不局限于PDMS丝网印刷、光刻法、喷蜡打印法或等离子疏水法。2.根据权利要求1所述的一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置，其特征在于，包括3种类型，分别为：LCC-纸基直通道微流芯片即芯片-A、T型微缝结构LCC-纸基多单元阵列分流芯片即芯片-B、LCC-纸基微流稀释芯片即芯片-C；所述的LCC-纸基直通道微流芯片即芯片-A、包括纸基亲水结构I，在纸基亲水结构I的纸基亲水直通道(5)相契合的位置设置有包含着阵列平行的激光刻蚀直微缝(19)；所述的T型微缝结构LCC-纸基多单元阵列分流芯片即芯片-B，包括纸基亲水结构II，纸基亲水结构II中包括八个阵列亲水分流的二级通道，在直通道内设置有八条激光刻蚀平行阵列的直微缝(20)，在弯通道位置设置有八条阵列弧形平行的微缝(21)，在T型通道位置(8)处设置有包含上游下游微缝连接的8种结构，所述的8种结构分别是间隔连接型(22)、远边沿连接型(23)、中间连接型(24)、近边沿连接型(25)、交叉连接型(26)、不连接型(27)、贯穿不连接型(28)和侧边连接型(29)；所述的LCC-纸基微流稀释芯片即芯片-C，包括纸基亲水结构III，纸基亲水结构III包括六级稀释亲水通道(11)，六级稀释亲水通道(11)的直通道内设置有包含平行阵列的八条微缝的直微缝、T型通道位置设计中间连接型的微缝结构(30)。3.基于权利要求1或2所述的一种自驱动超高流速激光刻蚀微缝-纸基微流装置的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制作激光刻蚀微缝-纸基微流装置LCC-μPADs的芯片结构(1.1)、用绘图软件分别绘制三种芯片的纸基亲水结构I、II和III作为PDMS丝网印刷疏水障碍的网版图，所述的三种芯片分别为：LCC-纸基直通道微流芯片即芯片-A、T型微缝结构LCC-纸基多单元阵列分流芯片即芯片-B、LCC-纸基微流稀释芯片即芯片-C；所述的纸基亲水结构包括但不局限PDMS丝网印刷、光刻法、喷蜡打印法或等离子疏水法加工获得；(1.2)再刻蚀与三种芯片的纸基亲水通道结构和位置相契合的、平行于通道轴向的激光刻蚀阵列微缝结构IV、V和VI，使阵列微缝均匀分布在亲水纸基通道内，并把微缝结构IV、V和VI作为激光刻蚀微缝加工模板图；(1.3)、对芯片-A的微缝结构IV，在纸基亲水直通道(5)相契合的位置设置有包含着...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁恒，刘倩，许朝萍，薛方，郭东贤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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