本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片的制备方法技术

本发明专利技术属生物检测技术领域，具体为一种本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片的制备方法。将甲基丙烯酸甲酯与修饰剂混合，将少量热引发剂和光引发剂溶解在该混合溶液中，于水浴中加热使单体溶液预聚，将预聚溶液注入芯片模具中，用紫外光照射，引发本体聚合，制作得微流控芯片基片，然后用盖膜封装得微流控芯片。本发明专利技术将功能性修饰剂如甲基丙烯酸或对乙烯基吡啶等引入聚甲基丙烯酸甲酯的主链，对单体表面的荷电性进行调控，从芯片材料的分子水平控制电渗流，从而改善分离、提高芯片性能和拓宽芯片的用途。该芯片制作技术简便、成本低，可进行大规模生产，在环境监测、临床诊断、生命科学研究、食品分析和工业在线分析等领域中有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属生物检测
，具体涉及一种本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片制备方法。
技术介绍
自从1990年A.Manz等首次提出微型全分析系统(μ-TAS)以来，作为一个跨学科的新领域，其目标是借助微机电加工(MEMS)技术与生物技术实现化学分析系统从试样处理到检测的整体微型化、集成化与便携化，是目前分析仪器发展的重要方向与前沿。微流控芯片则以微管道网络为结构特征，是当前微全分析系统发展的重点，并以其高效、快速、试剂用量少、低耗及集成度高等优点引起了国内外分析和生命科学界有关专家的广泛关注，在环境监测、临床诊断、药物分析、法医和军事等领域显示了良好的应用前景，各种新的微流控芯片制备和检测技术层出不穷。微流控芯片主要使用玻璃和聚合物芯片，玻璃芯片加工技术要求高，需专用的设备，难以采用模具大批量生产，价格比较昂贵，限制了其应用。于是聚合物芯片得到了发展，其中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)是两种常用的聚合物。聚合物芯片的制作主要采用注塑、印模和浇铸等技术，但制作出来的塑料芯片上的毛细管槽有变形现象，与设计值有一定差异，且同种芯片间的重现性不佳。单体注模直接生产聚合物芯片技术，将有芯片微流结构的硅片或金属阳膜制成模具，再将聚合物单体如甲基丙烯酸甲酯等注入其中引发聚合，脱模后即可制作成芯片，具有方法简便、原料成本低廉，重现性好等优点，适合大批量生产。聚合物芯片寿命和稳定性较玻璃差，但可以通过表面和本体修饰来改变其表面物理和化学性质，以达到改善分离、样品富集和衍生等目的。目前聚合物芯片的化学修饰尚处于起步阶段，有关研究较少，但可以预见，这将是一个重要的研究方向。参考文献Manz A，Graber N，Widmer HM.Sens.Actuators B 1990，1，244-248. Verpoorte E.Electrophoesis 2002，23，677-712. Becker H，Locascio，LE.Talanta 2002，56，267-287.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种，调控聚甲基丙烯酸甲酯表面的荷电性，从芯片材料的分子水平控制电渗流并提高芯片性能。本专利技术提出的本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片制备方法，是将甲基丙烯酸甲酯与修饰剂(如甲基丙烯酸或对乙烯基吡啶等)混合，然后将热引发剂偶氮二异丁腈和光引发剂安息香溶解在该混合溶液中，于80-90℃水浴中加热15-20分钟，使单体溶液预聚(成甘油状清亮溶液)；将上述预聚溶液注入由含微流控芯片凸出微结构硅片阳模与两片薄玻璃板构成的芯片模具中，用紫外光通过模具玻璃面照射预聚溶液30-60分钟，引发本体聚合，制作得微流控芯片基片。本专利技术利用本体聚合制作的优势，将功能性修饰剂(如甲基丙烯酸或对乙烯基吡啶等)引入聚甲基丙烯酸甲酯的主链，对聚甲基丙烯酸甲酯表面的荷电性进行调控，从芯片材料的分子水平控制电渗流，从而改善分离、提高芯片性能和拓宽芯片的用途。本专利技术中，采用计算机辅助设计软件设计微流控芯片结构，典型的设计如图1所示.由单十字交叉微流通道和溶液连接孔构成，采用高分辨率(如3600dpi)激光照排系统在透明薄膜上制作掩膜负片，掩膜上的微流通道宽度为40-100μm，溶液连接孔直径1-3mm，其中分离微流通道2和进样通道7和溶液孔1、4、5和6(图1)为透明，剩余部分为黑色。设计图的正像见图1。在经氧化处理的硅片(p型，厚500μm，直径4英寸，晶向<100>，表面二氧化硅氧化层厚100nm)通过旋转涂膜技术涂覆一层负性光刻胶(如SU-8光刻胶)，然后盖上掩膜(含设计的芯片毛细管微流结构)，经紫外线曝光和烘烤处理后，用配套显影剂浸泡处理，分别在丙酮和异丙醇中洗去未被曝光部分(毛细管和溶液孔以外的区域)的光刻胶层，然后于烘箱中烘烤，使毛细管通道和溶液连接孔部分曝光的光刻胶硬化，于稀HF-NH4F溶液蚀去硅片表面未被曝光部分的SiO2层，然后于50-70℃用40％KOH水溶液(含5％异丙醇)刻蚀裸露的硅片约1小时，即制成硅片阳模12，10为芯片尺寸空腔，11为开口槽，13为硅阳模表面凸出的微流通道。将有微流通道的硅片一面与两块平板玻璃8和8’夹紧一中间镂空为芯片尺寸的矩形的铝板9(约2mm厚)，构成芯片模具14(图2)。上述制备方法中，修饰剂的用量一般为甲基丙烯酸甲酯单体重量的1-3％，热引发剂和光引发剂的用量分别为单体重量的0.1-0.2％，注意在预聚过程中要防止水进入，同时避免温度过高，否则会因引发暴聚，造成物料的浪费。预聚后期聚合速度加快，聚合应控制在20分钟内，否则预聚的聚合溶液粘度过大，不易灌入模具并易已引入气泡。制备时，将上述预聚溶液通过模具开口槽11注入模具14，开口槽11朝上，用20W紫外灯(365nm，距离4-5厘米)通过模具玻璃面照射预聚溶液30-60分钟引发本体聚合。同时将相应液体混合物注模于缝隙约为80-120μm的平板玻璃间聚合，脱模后得到相同材料的盖膜17。待预聚的聚合溶液硬化后，将模具于30-50℃水浴中超声10分钟脱模。将脱模的微流控芯片基片15通道末端钻孔(溶液连接孔1、4、5和6见图1，孔径2mm)用于连接溶液。为防止微流通道在封装过程中堵塞，覆膜前，在基片的微通道内通过刮涂法填充低熔点的水溶性聚合物聚乙二醇(PEG)1500，熔点为41～46℃，因熔点低容易熔化，可在液态下填充于微通道内，冷却固化后，用湿的滤纸擦拭微流控芯片基片表面以除去通道外的PEG。再用氯仿将盖膜17粘合在微流芯片基片15上，然后在70-80℃水浴中将微流通道内聚合物熔化，通过注射器中的热水将其推出微流通道外并加以清洗，即可制成本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片成品18，见图4。该低熔点水溶性聚合物辅助溶剂粘合封装聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片方法属首创，长期以来广为使用的是热压封装，由于温度难以控制，通道容易在热压封装时易堵，而本方法大幅可降低微流控芯片制备的废品率。本专利技术制作的本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片操作简便、重现性好、灵敏度高、线性范围宽、样品用量少，其中甲基丙烯酸本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片可用于酚类环境污染物的分离分析，分析效率高。具体可见下述的测试实验结果使用图1所示的甲基丙烯酸本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片，获得的50μM 2，6-二甲基苯酚、苯酚和对氯苯酚的电泳图的电泳图谱见图5。测试条件为分离电压为+2000V，进样电压为+2000V，进样时间为3s，缓冲溶液为50mM硼酸盐缓冲液(pH9.2)，检测电极为直径200μm的碳圆盘电极，检测电位为0.95V(相对于Ag/AgCl电极)。线性范围为0.1μmol/L-750μmol/L，检测下限为0.08-0.1μmol/L。10次测定50μM 2，6-二甲基苯酚、苯酚和对氯苯酚峰信号的相对标准偏差分别为3.6％、2.9％和4.1％，表明该本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片线性范围宽且重现性良好，高效快速，在100秒内就可完全分离并同时检测三种酚类污染物，可用于实际样品的测定。附图说明图1为本专利技术涉及的典型微流控芯片设计图。图2为本专利技术中微流控芯片模具的结构图(分解图)。图3为原位本体聚合制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种本体修饰聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片的制备方法，通过功能性修饰剂与甲基丙烯酸甲酯原位共聚合，将修饰剂引入聚甲基丙烯酸甲酯的主链，对聚甲基丙烯酸甲酯表面的荷电性进行调控，其特征在于具体步骤如下：将热引发剂偶氮二异丁腈和光引发剂安息香溶解在单体甲基丙烯酸甲酯和修饰剂甲基丙烯酸或乙烯基吡啶的混合溶液中，构成聚合光引发系统，于８０－９０℃水浴中加热１５－２０分钟，使单体溶液预聚；将预聚溶液注入由含微流控芯片凸出微结构硅片阳模与两片薄玻璃板构成的芯片模具中，通过模具玻璃面用紫外光照射预聚溶液３０－６０分钟，引发本体聚合，制得微流控芯片基片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，张鲁雁，杨芃原，吴性良，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]