具有三维聚焦功能的微流控芯片制造技术

本发明专利技术提出了一种具有三维聚焦功能的微流控芯片，其具有微流沟道结构，该结构共有3个流体入口，中间为样本流入口,左右两侧分别为鞘流入口；在流体聚焦处有3个斜面,左斜面和右斜面分别与基底垂直,中间斜面与基底成45°角；中间的样本流通过两侧鞘流在左、右斜面的挤压作用下可以实现水平方向的聚焦；由于斜坡对流体的缓慢上抬作用，在中间斜坡处也可以实现对样本流竖直方向的聚焦；同时样本流入口沟道的截面积比出口的小，在沿样本流方向也可以产生一定的聚焦效果，这样就可以实现对样本流的三维聚焦功能。

Microfluidic chip with three dimensional focusing function

A microfluidic chip with a three dimensional focusing function has a microfluidic chip with a microfluidic channel structure with 3 fluid entrances, a sample flow entrance in the middle, and a sheath flow entrance on both sides, 3 inclined planes at the fluid focus, the left slope and the right slope perpendicular to the base, and the middle slope and the base 45 degrees. In the middle, the sample flow can focus horizontally through the extrusion of both sides of the sheath on the left and right slope; the vertical direction of the sample flow can be achieved at the middle slope because of the slow upward movement of the slope on the fluid. The direction of flow can also produce a certain focus effect, so that the 3D focusing function of sample flow can be realized.

【技术实现步骤摘要】
具有三维聚焦功能的微流控芯片
本专利技术涉及具有三维聚焦功能的微流控芯片。
技术介绍
微机电系统(Micro-electro-mechanicalSystems,MEMS)是指基于(但不限于)集成电路(IntegrateCircuit,IC)工艺设计制造,集微机构、微传感器、微执行器、信号处理及控制电路等于一体的装置。随着MEMS技术的迅猛发展,生物微机电系统(BioMEMS)已成为其中重要的分支。微机电技术和生化分析结合的生物芯片在将仪器设备微小化的同时,可以大大加快分析速度,简化操作程序,因此被广泛应用于疾病诊断、药物筛选和环境检测等诸多领域[3],已成为近年来微流控芯片技术发展的热点。微流控芯片是MEMS研究的一个重要分支,采用传统MEMS工艺制作的微型流体聚焦沟道(微流控芯片)都是基于平面设计加工的,在垂直于基片的方向是等深的,因而样本只能在沿平行于基片的平面方向上聚焦排列,而无法在垂直于基片的方向实现有效的聚焦排列。基于这种设计的二维流体聚焦腔也只能实现所谓“一维聚焦”(即水平方向的聚焦,而无法实现竖直方向上的聚焦),很难制作出具有三维聚焦功能的微流控芯片，在一定程度上降低了测量的精度和取样效率。传统的以硅片为模板,采用湿法或干法刻蚀的制作方法一般只能在牺牲层上精确地刻蚀出微流控芯片的平面二维图形,而且干法刻蚀设备昂贵,湿法刻蚀的沟道侧壁形貌又对沟道宽度有直接影响。本文所设计的微流控芯片最大深宽比为10∶1,在聚焦处还有与基底成45°的斜坡,很难通过简单的湿法或干法刻蚀工艺得到。考虑SU-8胶是一种负性、环氧树脂型、近紫外线光刻胶,适于制作超厚、高深宽比的MEMS微结构。因此,所设计的微流控芯片首先以SU-8光刻胶作为结构材料,根据斜曝光原理,采用沉浸式光刻工艺制造出一种立体的能够真正实现三维聚焦功能的微流控芯片。由于SU-8光刻加工工艺制作微流控芯片在每次制作时均需要二次甩胶和倾斜曝光,存在加工程序复杂繁琐、制作周期较长、成本较高等的缺点,而聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有高度的疏水性、良好的光学和化学性能,且加工简单、价格便宜,已经广泛应用于微流控芯片的研究领域,故本实验以SU-8微流控芯片为模具,首先使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇注得到负模结构,然后再使用该负模进行多次倒模,得到多个与原SU-8模具一致的PDMS微流控芯片。这些PDMS芯片有着良好的生物兼容性与光学性能,将其键合封装后,可以作为细胞计数及检测的微流控芯片结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种具有三维聚焦功能的微流控芯片。根据上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：微流体细胞仪用水力所引发的流体聚焦效应进行细胞计数及分类,由3条平行进样管道、喷嘴及集中流管道组成。样品由中间进样管道注入,鞘流体由两侧进样管道注入,并在喷嘴口挤压中间样品流,产生聚焦效应,侧边鞘流的流速越快则聚焦效果愈佳。适当控制各进样管道流体的注入流速,可将样品流宽度缩减至单一细胞的尺寸,然后通过光学检测机构进行细胞计数,再通过激光束对细胞所产生的折射及反射现象进行观察,藉此分析细胞的大小和种类,还可以利用荧光标定方法,将标定细胞发出的荧光经由多组光学组件,进入光电倍增管,再经过计算机数据处理,得到需要的细胞分析数字信号。为了实现对流体的三维聚焦,基于目标需要和SU-8的斜曝光原理,本专利技术的具有三维聚焦功能的微流控芯片具有微流沟道结构，该结构共有3个流体入口,中间为样本流入口,左右两侧分别为鞘流入口；在流体聚焦处有3个斜面,左斜面和右斜面分别与基底垂直,中间斜面与基底成45°角；中间的样本流通过两侧鞘流在左、右斜面的挤压作用下可以实现水平方向的聚焦；由于斜坡对流体的缓慢上抬作用，在中间斜坡处也可以实现对样本流竖直方向的聚焦；同时样本流入口沟道的截面积比出口的小,在沿样本流方向也可以产生一定的聚焦效果,这样就可以实现对样本流的三维聚焦功能。作为优选地，为了后续的流体芯片检测方便,将3个流体入口处设计为密封结构。作为优选地，为了弥补SU-8光刻胶表面不平整,减少其与掩膜板接触时产生的空隙,更好地达到接触式曝光,首先在涂有一定厚度SU-8光刻胶的硅片和掩膜板之间涂覆一层甘油,然后通过自制夹具固定各个部分,最后按照与水平面呈61.3°的斜度放置在去离子水中。本专利技术可真正实现三维方向上流体聚焦的微流控芯片,通过沉浸式光刻技术和斜曝光技术制作了该SU-8微流沟道,然后通过二次倒模技术制作了PDMS微流沟道,最后对PDMS微流沟道进行了封装,制得微流控芯片,并对其沟道聚焦性能进行了检测。当样本流与左右两边鞘流的流速比不同时,得到不同的样本流聚焦。当样本流与左右两边鞘流的流速比为1∶20∶20时,得到的样本流聚焦平均宽度为10.4μm。由于血红细胞的直径约为7.5μm,因此该聚焦宽度可用于检测血红细胞数目。同时聚焦效果测试表明该芯片结构可靠,可以满足不同的流体聚焦检测要求,从而可以进一步满足检测分类与计数微小颗粒的要求。附图说明图1为微流控芯片的设计结构示意图；图2为入射角为90°的紫外光照射SU-8光刻胶产生的折射角；图3光折射图；图4为试验示意图。具体实施方式为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本专利技术，下面将对本专利技术作进一步的说明。微流体细胞仪用水力所引发的流体聚焦效应进行细胞计数及分类,由3条平行进样管道、喷嘴及集中流管道组成。样品由中间进样管道注入,鞘流体由两侧进样管道注入,并在喷嘴口挤压中间样品流,产生聚焦效应,侧边鞘流的流速越快则聚焦效果愈佳。适当控制各进样管道流体的注入流速,可将样品流宽度缩减至单一细胞的尺寸,然后通过光学检测机构进行细胞计数,再通过激光束对细胞所产生的折射及反射现象进行观察,藉此分析细胞的大小和种类,还可以利用荧光标定方法,将标定细胞发出的荧光经由多组光学组件,进入光电倍增管,再经过计算机数据处理,得到需要的细胞分析数字信号。为了实现对流体的三维聚焦,基于目标需要和SU-8的斜曝光原理,设计了如图1所示的微流沟道结构。该结构共有3个流体入口,中间为样本流入口,左右两侧分别为鞘流入口；在流体聚焦处有3个斜面,左斜面和右斜面分别与基底垂直,中间斜面与基底成45°角；中间的样本流通过两侧鞘流在左、右斜面的挤压作用下可以实现水平方向的聚焦；由于斜坡对流体的缓慢上抬作用，在中间斜坡处也可以实现对样本流竖直方向的聚焦；同时样本流入口沟道的截面积比出口的小,在沿样本流方向也可以产生一定的聚焦效果,这样就可以实现对样本流的三维聚焦功能。为了后续的流体芯片检测方便,将3个流体入口处设计为密封结构。斜曝光原理因为未曝光的SU-8光刻胶在空气中的折射率为1.65,即使紫外光入射角达到90°,其折射角也只能达到36.8°,无法满足制作45°斜坡的需要,如图2所示。所以采用传统的平面垂直曝光光刻技术无法实现斜坡的制作,因此使用一种特殊的曝光方式,即沉浸式光刻技术[16,17]和斜曝光技术来制作微流体聚焦的中间45°斜坡。根据斯涅尔折射定律可知:n1sinθ1＝n2sinθ2＝n3sinθ3＝n4sinθ4式中:n1、n2、n3和n4为去离子水、掩模板、甘油和SU-8的折射率,分别为1.33、1.52、1.45和1.65；对应的θ1、θ2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有三维聚焦功能的微流控芯片，其特征在于，其具有微流沟道结构，该结构共有3个流体入口，中间为样本流入口,左右两侧分别为鞘流入口；在流体聚焦处有3个斜面,左斜面和右斜面分别与基底垂直,中间斜面与基底成45°角；中间的样本流通过两侧鞘流在左、右斜面的挤压作用下可以实现水平方向的聚焦；由于斜坡对流体的缓慢上抬作用，在中间斜坡处也可以实现对样本流竖直方向的聚焦；同时样本流入口沟道的截面积比出口的小，在沿样本流方向也可以产生一定的聚焦效果，这样就可以实现对样本流的三维聚焦功能。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维聚焦功能的微流控芯片，其特征在于，其具有微流沟道结构，该结构共有3个流体入口，中间为样本流入口,左右两侧分别为鞘流入口；在流体聚焦处有3个斜面,左斜面和右斜面分别与基底垂直,中间斜面与基底成45°角；中间的样本流通过两侧鞘流在左、右斜面的挤压作用下可以实现水平方向的聚焦；由于斜坡对流体的缓慢上抬作用，在中间斜坡处也可以实现对样本流竖直方向的聚焦；同时样本...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家峰，
申请(专利权)人：佛山市校友桥网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44