一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法，该纸芯片主要由三层结构封接而成，包括下层结构、中间层结构和上层结构；下层结构由下层液体入口(1)、下层液体池(3)、下层液体出口(2)构成，中间层结构由两个中间层孔以及中间层亲疏水区(6)构成，上层结构由上层液体入口(7)、上层液体池(9)、上层液体出口(8)构成，其构建方法包括图案化定性滤纸、集成微流控通道步骤。本发明专利技术制作简单、廉价、便携、重现性好，使它有希望成为单一细胞培养以及多种细胞的共培养的微环境设备之一。

A multilayer paper chip based on microfluidic technology and its construction method

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法
本专利技术涉及光刻图案化技术以及微流控技术，具体涉及一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法。
技术介绍
纸芯片以纸作为基底材料代替以玻璃、硅、高分子材料等作为基底的传统的微流控芯片，是一种在纸上图案化各种微流体通道而成的器件，它的最大特点是通过毛细作用驱动液体流动，无需外力驱动即可完成样品的引入与反应。纸芯片的材料选用，至今，依赖于whatman滤纸、硝酸纤维素膜、碳酸纤维素膜等孔径小、分布均匀的材料，成本较高，本专利技术采用的是普通定性滤纸，廉价、易得。纸芯片的制作采用光刻技术、石蜡印刷、喷墨打印、绘图、激光处理等方式制作的二维纸芯片也已趋成熟，本专利技术采用光刻技术，图案化的纸具有较高的亲疏水分辨率，对设备的要求相对不高，这就避免了石蜡印刷的低分辨率以及激光、喷墨、绘图等对设备的要求。且二维纸芯片无法实现高通量、多靶标检测。而通过集成方法制备的三维纸芯片是近几年发展的一种新型的纸芯片它突破了这一局限性，兼具微型化、集成化、便携化、多功能化的特点，通过集成复杂的网络结构，实现多组分同时分析，达到高通量、快速检测的目的。目前，制备三维纸芯片的方法有双面胶多层叠加法、折纸法，双面胶多层叠加法的形式单一，且纸之间的粘合通过胶带，长期存放会导致胶的粘合力减弱而影响芯片结构及后续应用，采用折纸法需考虑纸的镜像问题，设计复杂，操作不便。本专利技术采用普通的定性滤纸，结合光刻图案化技术可制备均一化、低成本、分辨率高的二维纸芯片，在二维纸芯片的基础上集成透光、透气、生物相容性好的PDMS聚合物，采用氧等不可逆封接处理提高亲水区域的毛细作用，制备了简单、便携、样品量少、高通量、重现性好的三维纸芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法，集成PDMS微结构，采用光刻胶浸透技术、光刻技术及微流控技术集成简单、便携、样品量少、高通量、重现性好的三维纸芯片，该专利技术可用于细胞的3D培养微载体、细胞微环境模拟、药物缓释等，在医学、生物学领域具有良好的应用价值。本专利技术一种基于微流控技术的多层纸芯片主要由三层结构封接而成，一种基于微流控技术的多层纸芯片，其特征在于：该纸芯片主要由三层结构封接而成，包括下层结构、中间层结构和上层结构；下层结构由下层液体入口、下层液体池、下层液体出口构成，下层液体池与下层液体入口、下层液体出口相通；中间层结构由两个中间层孔以及中间层亲疏水区构成，中间层亲疏水区与中间层孔不相通；上层结构由上层液体入口、上层液体池、上层液体出口构成；上层液体池与上层液体入口、上层液体出口相通；下层液体入口与中间层孔一相通，下层液体入口与中间层孔二相通；中间层亲疏水区、上层液体池、下层液体池通过通道连接，所述通道为直通道或弯曲通道，所述通道为单通道或多通道，所述中间层亲疏水区为单一圆构成或多种图案组成。所述纸芯片由上中下三层不可逆封接而成，上层与下层材料均为透光透气的PDMS聚合物，中间层材料为图案化的定性滤纸。所述纸芯片的中间层滤纸通过一定稀释倍数的SU8胶(2025)图案化有明显的亲疏水区，其中图案化的SU8胶(2025)用环戊酮稀释，SU8胶与环戊酮体积比为1:1-1:5。本专利技术提供了一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法，基本过程如下：(1)图案化定性滤纸用三甲基氯硅烷蒸汽修饰玻璃片后于50℃-95℃烘片刻，接着甩一层PDMS，加热使PDMS固化，将一定规格的定性滤纸放在PDMS上，用注射器在纸上滴一定稀释比例的SU8胶(2025)使其铺平且滤纸被SU8胶浸透，在真空干燥箱中除泡，60℃-95℃前烘，用甩有PDMS层的玻璃片挤压，自然冷却，曝光，后烘，自然冷却后显影，吹干，50℃-95℃烘干5-30min，即制得中间层图案化的纸，备用；所述三甲基氯硅烷蒸汽修饰时间为1-10min,玻璃片上甩PDMS的厚度为50-200μm，定性滤纸上滴SU8胶的量为0.6-1.3mL，真空干燥箱的除泡温度范围为40℃-70℃；所述滤纸上的图案可以多样化(如圆形间隔形成的结构、直通道结构、蛇形结构等等)，显影时间为20-50min,氧等处理时间为1-3min；(2)集成微流控通道玻璃片除水0.5-2h，氧等表面净化处理1-3min，甩一定厚度的SU8胶，前烘，自然冷却后部分曝光，后烘，显影，90℃-180℃下坚膜，自然冷却后边得到SU8的模板，为使得其疏水化，故用三甲基氯硅烷修饰，之后用PDMS反模，60℃-95℃固化后即可制得含微流控通道结构的PDMS芯片，氧等处理带有结构的上下层PDMS，步骤(1)中制备的中间层图案化的纸的双面也进行氧等处理，之后将带通道的上下层PDMS与中间层图案化的纸不可逆封接，60℃-95℃下用铜板挤压使集成的纸芯片平整且封接良好，即制得集成微流控通道的三维纸芯片；所述SU8胶厚度为50-500μm,含微流控通道的PDMS结构可以多样化，如单一直通道、蛇形通道、并列多条通道等等；所述氧等处理带有结构的上下层PDMS时间为0.5-3min，中间层图案化的纸的双面氧等处理时间为1-5min。本专利技术的芯片制作简单、廉价、便携、重现性好，使它有希望成为单一细胞培养以及多种细胞的共培养的微环境设备之一。附图说明图1本专利技术案例1中集成微流控通道的三维纸芯片整体结构示意图；图2a,b,c分别为本专利技术案例1中集成微流控通道的三维纸芯片下层、中间层、上层结构示意图；图3是集成纸芯片的中间层扫描电子显微镜表征图，证实SU8和纸的区域划分明显且在实验条件下SU8完全浸透滤纸；图4是集成微流控通道的过程示意图；图5是基于微流控技术的新型多层纸芯片的实物图；图6是实例2中集成纸芯片的中间层局部扫描电子显微镜表征图。图7本专利技术案例3中集成微流控通道的三维纸芯片整体结构示意图；图8a,b,c分别为本专利技术案例3中集成微流控通道的三维纸芯片下层、中间层、上层结构示意图；其中：1为下层液体入口、2为下层液体出口、3为下层液体池，4中间层孔一、5中间层孔二、6中间层亲疏水区、7上层液体入口、8上层液体出口、9上层液体池。具体实施方式下面的实例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1构建多层纸芯片并用于肝细胞单独培养本专利技术一种基于微流控技术的多层纸芯片及其构建方法，整体如图1所示，由三层结构封接而成，包括上层PDMS结构、中间纸结构、下层PDMS结构，示意图分别如图2a、2b、2c所示。下层结构由下层液体入口1、下层液体池3、下层液体出口2构成，下层液体池3与下层液体入口1、下层液体出口2相通；中间层结构由中间层孔一4、中间层孔二5以及中间层亲疏水区6构成，中间层亲疏水区6与中间层孔不相通；上层结构由上层液体入口7、上层液体池9、上层液体出口8构成；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微流控技术的多层纸芯片，其特征在于：该纸芯片主要由三层结构封接而成，包括下层结构、中间层结构和上层结构；/n下层结构由下层液体入口(1)、下层液体池(3)、下层液体出口(2)构成，下层液体池(3)与下层液体入口(1)、下层液体出口(2)相通；/n中间层结构由中间层孔一(4)、中间层孔二(5)以及中间层亲疏水区(6)构成，中间层亲疏水区(6)与中间层孔不相通；/n上层结构由上层液体入口(7)、上层液体池(9)、上层液体出口(8)构成；上层液体池(9)与上层液体入口(7)、上层液体出口(8)相通；/n下层液体入口(1)与中间层孔(4)相通，下层液体入口(2)与中间层孔(5)相通；中间层亲疏水区(6)、上层液体池(3)、下层液体池(9)通过通道连接，/n所述通道为直通道或弯曲通道，/n所述通道为单通道或多通道，/n所述中间层亲疏水区(6)为单一圆构成或多种图案组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控技术的多层纸芯片，其特征在于：该纸芯片主要由三层结构封接而成，包括下层结构、中间层结构和上层结构；
下层结构由下层液体入口(1)、下层液体池(3)、下层液体出口(2)构成，下层液体池(3)与下层液体入口(1)、下层液体出口(2)相通；
中间层结构由中间层孔一(4)、中间层孔二(5)以及中间层亲疏水区(6)构成，中间层亲疏水区(6)与中间层孔不相通；
上层结构由上层液体入口(7)、上层液体池(9)、上层液体出口(8)构成；上层液体池(9)与上层液体入口(7)、上层液体出口(8)相通；
下层液体入口(1)与中间层孔(4)相通，下层液体入口(2)与中间层孔(5)相通；中间层亲疏水区(6)、上层液体池(3)、下层液体池(9)通过通道连接，
所述通道为直通道或弯曲通道，
所述通道为单通道或多通道，
所述中间层亲疏水区(6)为单一圆构成或多种图案组成。


2.按照权利要求1所述的一种基于微流控技术的多层纸芯片，其特征在于：所述纸芯片由上中下三层不可逆封接而成，上层与下层材料均为透光透气的PDMS聚合物，中间层材料为光刻胶图案化的定性滤纸。


3.按照权利要求2所述的一种基于微流控技术的多层纸芯片，其特征在于：所述纸芯片的中间层材料，定性滤纸通过一定稀释倍数的SU8胶图案化有明显的亲疏水区。


4.按照权利要求3所述的一种基于微流控技术的多层纸芯片，其特征在于：图案化的SU8胶用环戊酮稀释，SU8胶与环戊酮体积比为1:1-5。


5.根据权利要求1所述一种基于微流控技术的多层纸芯片的构建方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)图案化定性滤纸
用三甲基氯硅烷蒸汽修饰玻璃片后于50℃-95℃烘片刻，接着甩一层PDMS，加热使PDMS固化，将一定规格的定性滤纸放在PDMS上，用注射器在纸上滴一定稀释倍数的SU8胶使其铺平且滤纸被SU8胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦建华，王慧，姜雷，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21