一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法技术

本发明专利技术提供了一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法，包括如下步骤：S1：微流控芯片表面活化处理；S2：微流控芯片表面化学接枝处理；S3：配置疏水溶液；S4：微流控芯片表面构建局部疏水坝；S5：微流控芯片表面清洗。本发明专利技术所述的方法制得的流速可控的微流控芯片表面修饰后可实现流体的自驱动进样，解决了疏水性材料导致的样本进样难问题。

【技术实现步骤摘要】
一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法
本专利技术属于微流控
，涉及一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法，通过选择性修饰构建亲疏水表面实现流体精确操控，提高检测灵敏度并降低非特异性吸附。
技术介绍
微流控芯片又称微全分析系统，可将传统实验室的大容量样品提取、样品预处理、分解分离、生物化学反应、分析检测、数据处理等操作集成在一个系统或芯片中，在未来生物、医药、化学等许多领域具有良好的发展前景。其研究重点是分析物质在微通道内的定向迁移和反应过程，因此必须控制微流控芯片表面的性质，为分析物提供优良的反应和检测条件。现如今微流控芯片自驱动进样方式具有易于集成，尺寸较小，且成本低廉的特点，受到人们的青睐，因此对芯片表面进行修饰是必要的。等离子体处理快速、简单，是一种比较常用的方法，但其具有时效性，且获得的表面性质有限。化学气相沉积也有一些应用，但由于其实验条件较难摸索，需要昂贵的仪器设备，很难应用在微通道内。表面涂覆改性是一种常用的表面改性方法(如专利CN1712967、CN102153774、CN104140548)，改性剂与底物之间通过范德华力、氢键力或静电吸附等分子间的相互作用力结合，易存在涂覆不均匀、易脱落、重现性差的问题。表面改性剂的制备为材料改性提供了一种新思路(如专利CN104114636、CN103897205、CN104311751)，但往往存在操作较复杂、条件较苛刻的问题，且只能得到均一性质的表面。化学改性是指表面改性剂与基体表面基团发生化学反应，易得到稳定持久的表面。如专利CN101440168公开了一种聚苯乙烯材料的亲水改性方法和工艺，通过稳定的化学键接枝偶联了一层亲水性大分子聚乙烯醇(PVA)，但只能得到均一特性的表面。专利CN104607257公开了一种利用紫外辐照化学接枝的微流控芯片表面亲水改性处理方法，可制作梯度亲水表面，但涉及到掩膜板的制作，工艺较复杂。传统的表面改性方法存在稳定性、持久性差，以及操作复杂、设备昂贵等问题；表面改性剂的生产和应用复杂，且无法进行区域选择性处理。现有化学改性工艺稳定但多为均一特性的表面改性，可实现自驱动但很难实现流体的区域控制，易发生非特异性吸附，对反应过程中的抗体亲和力和检测仪器灵敏度要求较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种操作简便、性能稳定、成本低廉、流速可控的微流控芯片表面修饰方法。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法，包括如下步骤：S1：微流控芯片表面活化处理：将微流控芯片表面进行清洗和干燥后进行表面活化处理；S2：微流控芯片表面化学接枝处理：将微流控芯片的表面进行气相或液相接枝处理并烘干后得到表面具有相应官能团修饰的微流控芯片；S3：配置疏水溶液：将疏水物质与水或乙醇混合得到疏水溶液，所述的疏水物质为脂肪酸及其盐中的一种或两种以上的混合物；S4：微流控芯片表面构建局部疏水坝：将步骤S3制得的疏水溶液局部滴加至步骤S2所得到的相应官能团修饰的微流控芯片表面形成疏水坝后置于恒温环境中静置，静置后备用；S5：微流控芯片表面清洗：将步骤S4得到的微流控芯片用去离子水清洗，真空干燥后即得流速可控的微流控芯片。进一步的，所述步骤S1中的表面活化处理采用UV辐射处理、等离子体处理、臭氧处理、电晕处理、强酸处理或强碱处理。优选地，所述步骤S1中的表面活化处理采用等离子体处理。进一步的，所述等离子体处理的气氛为空气、氧气、氮气、氩气的一种或两种以上的混合气体。进一步的，所述等离子体的处理时间为0.5-20min，等离子体的气体流量为200-1500mL/min，等离子体发生功率为50-300w。进一步的，所述步骤S2中液相硅烷化处理中使用的硅烷化溶液中溶质为3-氨丙基三乙氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷或六甲基二硅氨烷中一种或两种以上的混合物。溶剂为水或乙醇。进一步的，所述硅烷化溶液的体积浓度为1-10％。进一步的，所述步骤S2中的化学接枝处理为液相硅烷化处理，所述的液相硅烷化处理温度为20-60℃；所述硅烷化处理的时间为10-120min；所述烘干温度为37-90℃；所述烘干时间为15-60min。进一步的，所述疏水物质为饱和脂肪酸、饱和脂肪酸盐、不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸盐中一种或两种以上的混合物。进一步的，所述疏水物质为硬脂酸、硬脂酸盐、软脂酸、油酸或油酸盐中一种或两种以上的混合物。进一步的，所述疏水溶液为质量浓度为0.01％-5％的硬脂酸的乙醇溶液。进一步的，所述疏水溶液为质量浓度为0.01％-5％的硬脂酸盐的水溶液或乙醇溶液。优选地，所述硬质酸盐为硬脂酸钠、硬脂酸钾或硬脂酸镁。进一步的，所述疏水坝设置于芯片表面的孵育区后、检测区后或质控区后，每个区域后的疏水坝数量为一个或两个以上。疏水坝采用局部构建的方法进行处理，控速位置含有疏水物质，降低流体的流速，增加反应时间。进一步的，所述疏水坝的形状为点阵、区域或图案，所述疏水坝覆盖孵育区后、检测区后或质控区后的流道的宽度。进一步的，所述疏水坝的体积为1-10μL。进一步的，所述步骤S4中恒温环境的温度为37℃-60℃，静置时间为0.5h-2h。进一步的，所述步骤S5中清洗次数为2-5次，每次清洗时间为2-5min。进一步的，所述微流控芯片的材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)。当芯片的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)时，制备流速可控的微流控芯片表面修饰方法为直接将配置好的疏水溶液滴加至微流控芯片表面形成疏水坝后置于恒温环境中静置，静置后备用；之后对微流控芯片表面清洗即可；亦可在化学接枝的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面构建疏水坝，以得到不同流速的需求。当芯片的材料为聚苯乙烯(PS)时，必须首先进行化学接枝，随后结合疏水坝的构建才可实现流体的自驱动进样和流速控制。进一步的，所述微流控芯片制作方法可为激光加工或注塑成型等。相对于现有技术，本专利技术所述的流速可控的微流控芯片表面修饰方法具有以下优势：(1)本专利技术所述的方法制得的流速可控的微流控芯片表面修饰后可实现流体的自驱动进样，解决了疏水性材料导致的样本进样难问题；(2)本专利技术所述的方法制得的流速可控的微流控芯片表面特性稳定，结合封闭清洗处理，可降低非检测区域的非特异性吸附，且疏水坝性能稳定；(3)本专利技术所述的方法制得的流速可控的微流控芯片中的疏水坝的布置构建了选择性修饰的表面，可实现对样本流速的精准调控，降低流速调节微结构的加工制造成本，同时降低生化反应过程中对抗体亲和力要求，提高检测灵敏度。附图说明图1为实施例中PMMA微流控芯片结构分解图；图2为实施例中PMMA微流控芯片封装示意图；图3为实施例中PS微流控芯片结构分解图；图4为实施例中PS微流控芯片封装示意图；图5为实施例1中未处理及表面修饰处理的PS芯片表面元素含量XPS检测图；图6为实施例2中未处理及表面修饰处理的芯片表面接触角测量结果图；图中：A为未处理PS基片接触角测量结果(86.96°)，B为2.5％硅烷化处理PS基片接触角测量结果(66.68°)，C为0.05％硬脂酸处理PS基片接触角测量结果(87.85°)，D为0.2％硬脂酸处理PS基片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：微流控芯片表面活化处理：将微流控芯片表面进行清洗和干燥后进行表面活化处理；S2：微流控芯片表面化学接枝处理：将微流控芯片的表面进行气相或液相接枝处理并烘干后得到表面具有相应官能团修饰的微流控芯片；S3：配置疏水溶液：将疏水物质与水或乙醇混合得到疏水溶液，所述的疏水物质为脂肪酸及其盐中的一种或两种以上的混合物；S4：微流控芯片表面构建局部疏水坝：将步骤S3制得的疏水溶液局部滴加至步骤S2所得到的相应官能团修饰的微流控芯片表面形成疏水坝后置于恒温环境中静置，静置后备用；S5：微流控芯片表面清洗：将步骤S4得到的微流控芯片用去离子水清洗，真空干燥后即得流速可控的微流控芯片。

【技术特征摘要】
1.一种流速可控的微流控芯片表面修饰方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：微流控芯片表面活化处理：将微流控芯片表面进行清洗和干燥后进行表面活化处理；S2：微流控芯片表面化学接枝处理：将微流控芯片的表面进行气相或液相接枝处理并烘干后得到表面具有相应官能团修饰的微流控芯片；S3：配置疏水溶液：将疏水物质与水或乙醇混合得到疏水溶液，所述的疏水物质为脂肪酸及其盐中的一种或两种以上的混合物；S4：微流控芯片表面构建局部疏水坝：将步骤S3制得的疏水溶液局部滴加至步骤S2所得到的相应官能团修饰的微流控芯片表面形成疏水坝后置于恒温环境中静置，静置后备用；S5：微流控芯片表面清洗：将步骤S4得到的微流控芯片用去离子水清洗，真空干燥后即得流速可控的微流控芯片。2.根据权利要求1所述的流速可控的微流控芯片表面修饰方法，其特征在于：所述步骤S1中的表面活化处理采用UV辐射处理、等离子体处理、臭氧处理、电晕处理、强酸处理或强碱处理；优选地，所述步骤S1中的表面活化处理采用等离子体处理。3.根据权利要求2所述的流速可控的微流控芯片表面修饰方法，其特征在于：所述等离子体处理的气氛为空气、氧气、氮气、氩气的一种或两种以上的混合气体；优选地，所述等离子体的处理时间为0.5-20min，等离子体的气体流量为200-1500mL/min，等离子体发生功率为50-300w。4.根据权利要求1所述的流速可控的微流控芯片表面修饰方法，其特征在于：所述步骤S2中化学接枝处理为液相硅烷化处理，所述的液相硅烷化处理中使用的硅烷化溶液中溶质为3-氨丙基三乙氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、三甲基氯硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，徐涛，索轶平，王志强，
申请(专利权)人：清华大学天津高端装备研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12