一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片及其制作方法技术

一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片及其制作方法，该芯片包括气路液路层和气路层，或者相同的两层气路液路层；气路液路层包含气路流道和气路储存池，液路流道和液路储存池，液路流道形成有用于存储固相萃取颗粒的瓶颈结构；气路层与气路液路层中的气路结构相同，包含气路流道和气路流道相连的气路储存池；气路液路层中,气路流道从气路储存池开始形成一条流道，在中途分成两条气路流道，对称分布于液路流道两侧，并且最终在液路流道处相交相通，形成喷嘴；气路流道的深度大于液路流道的深度，且液路流道的出口在横向和流道深度方向均位于气路流道的中间位置。本发明专利技术可实现固相微萃取以及芯片串联质谱检测双重功能。

Three dimensional electric focusing microfluidic chip for solid phase microextraction and manufacturing method thereof

A microfluidic chip and its manufacturing method for three-dimensional electric focusing SPME, the chip includes gas liquid layer and gas layer, or the same two layers of gas liquid layer; gas liquid layer containing gas path and gas channel storage tank, liquid flow and liquid storage pool road road, liquid the road runner is formed for the storage bottleneck structure solid phase extraction particles; gas path structure gas layer and gas liquid layer in the same way, including gas gas channel and gas channel connected to the storage tank; the gas liquid layer, the gas flow from the gas storage pool began to form a channel. Divided into two gas channel in the middle, symmetrical distribution in the liquid flow on both sides, and finally in the liquid channel Road intersection with the formation of the nozzle; gas flow liquid depth is greater than the depth of the channel, and the liquid channel in the transverse direction and depth direction of export channel Are located in the middle of the gas flow channel. The invention can realize double functions of solid phase microextraction and chip tandem mass spectrometry detection.

【技术实现步骤摘要】
一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片及其制作方法
本专利技术涉及一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片及其制作方法，该微流控芯片可以进行固相萃取并与质谱联用、在气液两相流中用于产生微小液滴。
技术介绍
固相微萃取是20世纪90年代初由Arthur和Pawliszy首次提出并发展起来的用于吸附并浓缩待测物中目标物质的样品处理方法。SPME是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的无溶剂样品前处理技术，是在固相萃取技术基础上发展起来的，由于其固定相的体积远小于样品体积而定义为微萃取。该技术是基于待测分析物在固定相与溶液之间的分配系数的不同而将目标分析物从样品基质中提取出来。传统的固相萃取的过程一般包括吸附剂的预处理，样品吸附，洗涤，洗脱以及洗脱液的蒸发浓缩。固相微萃取也包含其中一些步骤。近年来基于微流控芯片平台的固相微萃取越来越受到关注，与传统的SPE相比，SPME平台操作简便、测试快、费用低、取样和富集同步进行、对样本污染小、不破坏样品体系原始平衡、易与质谱、色谱和电泳等高效分析技术联用，实现在线自动化操作，使得样品处理技术及分析、操作简单省时。微流控芯片(microfluidic)，又称芯片实验室，最早产生于20世纪70年代，由斯坦福大学的Terry等人最先研究，他们用硅片制作了早期微流控芯片的雏形，该芯片在当时主要用于空气成分的检测和分析。目前微流控芯片通常以聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高分子聚合物、玻璃、硅等为材料进行加工。与传统的化学实验和生物学实验相比，微流控芯片具有尺寸微小、比表面积大的特点，通道尺寸在微米级，与细胞尺寸相近，非常适宜用来进行细胞级的研究。而质谱(massspectrometer)作为一种高灵敏度的检测手段，是对未知微量物质进行定性定量分析的最佳选择。两者的联用将对未知物质分析、食品检测、生物化学分析等相关仪器的发展具有非常重要的意义。质谱分析是测量离子质荷比的一种分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同质荷比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器，利用电场和磁场使离子发生偏转，将它们分别聚焦得到质谱图，从而确定其质量。质谱仪正是应用这种原理对未知物质进行分析的仪器。电喷雾质谱(ElectrosprayIon-MassSpectrometer，ESI-MS)联用比较早就应用于物质分析领域，然而在质谱仪具有高灵敏度这一优点的同时，其对离子源的要求往往也很高。传统的喷雾针离子源需要对样品在其他平台上进行前处理、样品消耗量大、分离效率与传输效率不高等问题。联用质谱的微流体电喷雾离子源应运而生，微流体芯片可以集成样品的前处理、预分离、电喷雾等功能，大大提高了检测的灵敏度，降低样品的消耗量。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片及其制作方法，该芯片用来进行固相微萃取，用于前处理试剂，产生微米，甚至纳米级别的微小液滴，串联质谱仪，进行物质成分的检测。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片，包括上下两层，分别为气路液路层和气路层，或者为具有相同气路液路结构的两层气路液路层；所述气路液路层包含气路流道和与所述气路流道相连的气路储存池，液路流道和与所述液路流道相连的液路储存池，所述液路流道形成有用于存储固相萃取颗粒的瓶颈结构；所述气路层与所述气路液路层中的气路结构相同，包含气路流道和气路流道相连的气路储存池；所述气路液路层中,所述气路流道从所述气路储存池开始形成一条流道，在中途分成两条气路流道，对称分布于所述液路流道两侧，并且最终在所述液路流道处相交相通，形成喷嘴；上下两层合并的所述气路流道的深度大于所述液路流道的深度，且所述液路流道的出口在横向和流道深度方向均位于合并的气路流道的中间位置。进一步地：所述液路流道与所述液路储存池相连接的段具有第一宽度，所述液路流道与所述喷嘴相连接的段具有第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度，所述第二宽度大于所述瓶颈结构的宽度。所述液路流道与所述储液池相连接的段的宽度为235μm，与所述喷嘴相连接的段的宽度为75μm，所述瓶颈结构的宽度为25μm，长度为35μm。所述三维电聚焦微流体芯片所用材料是高聚物聚二甲基硅氧烷即PDMS，三维聚焦微流体芯片包括相键合的上下两片PDMS，且两片PDMS都包含有流道结构；其中一片PDMS结构层包含气路流道和液路流道，另外一片PDMS衬底层包含气路流道和液路流道，两片PDMS上下合并后各自的气路流道和液路流道对应上下合并，或者，其中一片PDMS结构层包含气路流道和液路流道，另外一片PDMS衬底层包含气路流道，两片PDMS上下合并后各自的气路流道对应上下合并。所述气路流道与所述液路流道夹角在0-90°之间，优选角度在35°和45°之间。所述喷嘴具有宽度为50μm的收缩喷雾小孔。由所述气路流道与所述液路流道所形成的所述喷嘴直接从光刻胶形成的模具中脱模成型。一种制作所述的三维电聚焦微流体芯片的制作方法，包括以下步骤：使用气路液路层掩膜版和气路层掩膜版进行模具制作；其中，气路液路层掩膜版的透光区域包括对应于气路流道和气路储存池、液路流道和液路储存池的区域，用于在对硅基片上的光刻胶曝光过程中定义气路流道和气路储存池、液路流道和液路储存池；气路层掩膜版的透光区域包括对应于气路流道和气路储存池的区域，用于在对硅基片上的光刻胶曝光过程中定义气路流道和气路储存池；模具制作过程中，在第一硅基片上甩最底层光刻胶后，通过气路液路层掩膜版对最底层光刻胶曝光，显影后形成气路液路层；再在第一硅基片上甩上层光刻胶后，通过气路层掩膜版对上层光刻胶曝光，显影后形成气路层，以用来加深第一次曝光形成的气路流道，由此制作出对应于形成PDMS结构层的模具；再对第二硅基片重复上述过程，或者，对第二硅基片仅进行针对气路层掩膜版的甩胶、曝光、显影过程，由此制作出对应于形成PDMS衬底层的模具；然后，使用相应模具分别成型出PDMS结构层和PDMS衬底层；再后，将PDMS结构层和PDMS衬底层对齐，键合形成一块完整的三维聚焦微流体芯片；优选地，气路液路层掩膜版和气路层掩膜版均含有对齐结构，用于曝光时将光刻胶形成的已有结构与在后使用的掩膜版对齐。进一步地：气路液路层掩膜版对应的制作完成一次或者两次甩胶、曝光、显影过程，气路层掩膜版对应的制作过程完成至少三次甩胶、曝光、显影过程，以使得气路流道的厚度远大于液路流道厚度，从而有利于液体从液路中喷出后悬浮于气体中，而不与流道壁面接触。所述光刻胶采用SU-8胶。本专利技术的有益效果：本专利技术实现一种能够进行固相微萃取，能够产生微小喷雾液滴的微流控芯片结构，尤其可用气液两相流形成气包液的流体喷雾形式。尤其解决气液两相流中，形成气包液的流体喷雾形式，产生微米、甚至纳米级别的微小液滴。解决了与质谱联用使微流体芯片微流道制作切割上的困难以及离谱联用微流体芯片流道单一，缺乏气体辅助雾化的功能。采用本专利技术，可最终实现固相萃取-微流控芯片-质谱检测整个系统的搭建，并实现固相微萃取以及芯片串联质谱检测双重功能。附图说明图1示出了本专利技术实施微流芯片制备方法的流程示意图；图2a至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片，其特征在于,包括上下两层，分别为气路液路层和气路层，或者为具有相同气路液路结构的两层气路液路层；所述气路液路层包含气路流道和与所述气路流道相连的气路储存池，液路流道和与所述液路流道相连的液路储存池，所述液路流道形成有用于存储固相萃取颗粒的瓶颈结构；所述气路层与所述气路液路层中的气路结构相同，包含气路流道和气路流道相连的气路储存池；所述气路液路层中,所述气路流道从所述气路储存池开始形成一条流道，在中途分成两条气路流道，对称分布于所述液路流道两侧，并且最终在所述液路流道处相交相通，形成喷嘴；上下两层合并的所述气路流道的深度大于所述液路流道的深度，且所述液路流道的出口在横向和流道深度方向均位于合并的气路流道的中间位置。

【技术特征摘要】
1.一种用于固相微萃取的三维电聚焦微流控芯片，其特征在于,包括上下两层，分别为气路液路层和气路层，或者为具有相同气路液路结构的两层气路液路层；所述气路液路层包含气路流道和与所述气路流道相连的气路储存池，液路流道和与所述液路流道相连的液路储存池，所述液路流道形成有用于存储固相萃取颗粒的瓶颈结构；所述气路层与所述气路液路层中的气路结构相同，包含气路流道和气路流道相连的气路储存池；所述气路液路层中,所述气路流道从所述气路储存池开始形成一条流道，在中途分成两条气路流道，对称分布于所述液路流道两侧，并且最终在所述液路流道处相交相通，形成喷嘴；上下两层合并的所述气路流道的深度大于所述液路流道的深度，且所述液路流道的出口在横向和流道深度方向均位于合并的气路流道的中间位置。2.如权利要求1所述的三维电聚焦微流控芯片，其特征在于,所述液路流道与所述液路储存池相连接的段具有第一宽度，所述液路流道与所述喷嘴相连接的段具有第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度，所述第二宽度大于所述瓶颈结构的宽度。3.如权利要求2所述的三维电聚焦微流控芯片，其特征在于,所述液路流道与所述储液池相连接的段的宽度为235μm，与所述喷嘴相连接的段的宽度为75μm，所述瓶颈结构的宽度为25μm，长度为35μm。4.如权利要求1至3任一项所述的三维电聚焦微流控芯片，其特征在于,所述三维电聚焦微流体芯片所用材料是高聚物聚二甲基硅氧烷即PDMS，三维聚焦微流体芯片包括相键合的上下两片PDMS，且两片PDMS都包含有流道结构；其中一片PDMS结构层包含气路流道和液路流道，另外一片PDMS衬底层包含气路流道和液路流道，两片PDMS上下合并后各自的气路流道和液路流道对应上下合并，或者，其中一片PDMS结构层包含气路流道和液路流道，另外一片PDMS衬底层包含气路流道，两片PDMS上下合并后各自的气路流道对应上下合并。5.如权利要求1至4任一项所述的三维电聚焦微流控芯片，其特征在于,所述气路流道与所述液路流道夹角在0-90°之间，优选角度在35°和45°之间。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱翔，唐杭斌，于赐龙，王晓浩，余泉，倪凯，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44