一种微流控芯片及制备方法与应用技术

本申请实施例提供一种微流控芯片及制备方法与应用，涉及生物医学应用领域。微流控芯片包括由下至上依次叠加设置的基片和具有光伏响应特性的一维纳米材料阵列层；一维纳米材料阵列层的表面包被有薄膜，薄膜为碳类型薄膜或贵金属薄膜。该微流控芯片的应用是采用光源对微流控芯片进行精确照射，用于控制微流控芯片表面的流体流动，光源的光照波长为360‑500nm，功率为100‑5000mW。微流控芯片及制备方法与应用是利用特定的一维纳米材料和薄膜相组合，并通过精准光照实现特定区域亲水和疏水性的改变，就能够实现液体流动控制，结构简单，且液体流动对外界的响应速度快，还省去加工微通道的步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片及制备方法与应用
本申请涉及生物医学应用领域，具体而言，涉及一种微流控芯片及制备方法与应用。
技术介绍
微流控芯片能把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等一系列基本操作单元整合到一个芯片上，同时，微通道形成的网络，能够贯穿整个系统，具有便携、低能耗、易于制作、易于掌握等优点，易于满足生命科学对生物样品进行低剂量、更高效、高灵敏、快速分离分析的需求。目前，微流控芯片是以微管道网络为结构特征，其材料选择和通道设计是微流控芯片以及相应分析仪技术发展的关键因素。最初的微流控芯片是利用光刻、湿腐蚀技术、电感耦合等离子体刻蚀等技术在玻璃、石英、硅片上刻蚀出微通道。但是，以玻璃、石英、硅片为基质来制作微流控芯片技术工艺复杂、冗长、步骤烦琐、成本高。近年来，微流控芯片多采用高分子材料，例如刚性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、弹性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等，以利用其加工容易、成本低等的优点。高分子材料为基质的微流控芯片通常采用压模，注塑，X光刻蚀或激光刻蚀等方法制作。上述现有技术的微流控芯片，均需要在工作分析区制作大量微通道，例如在一块片基上加工96条微通道，因此存在制造技术复杂、工艺步骤多、制作成本高的缺点。此外，现有技术微流控芯片分析仪中对待测液体流动采用高压电场或泵驱动源，增加了芯片结构的复杂程度，也增加了对芯片上液体驱动控制的难度。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种微流控芯片及制备方法与应用，利用特定的一维纳米材料和薄膜相组合，并通过精准光照实现特定区域亲水和疏水性的改变，就能够实现液体流动控制，结构简单，且液体流动对外界的响应速度快，还省去加工微通道的步骤。第一方面，本申请实施例提供了一种微流控芯片，其包括叠加设置的基片和具有光伏响应特性的一维纳米材料阵列层；一维纳米材料阵列层的表面包被有薄膜，薄膜为碳类型薄膜或贵金属薄膜。在上述实现过程中，在常规的一维纳米材料上包被其它材料薄膜：碳类型薄膜和贵金属薄膜，保护一维纳米材料结构及增强作用的目的，另外为生物医学应用提供惰性表面，表面耐受外界酸碱环境影响。该一维纳米材料在包被薄膜后，表面为疏水特性，即水在表面不浸润，但在适宜波长及功率的光照后，材料表面变为亲水，即通过精准光照实现特定区域亲水和疏水性的改变，就能够实现液体流动控制，结构简单；而且通过特定的一维纳米材料阵列层和薄膜相组合，通用性强，液体流动对外界的响应速度快。在一种可能的实现方式中，一维纳米材料阵列层的材料材质为ZnO、TiO2、CuO、Cu2O、SnO2、CeO、Bi2S3、InP和V2O5中的一种或两种以上的组合；和/或，一维纳米材料阵列层的材料形态为纳米棒、纳米线和纳米片中的至少一种。在一种可能的实现方式中，一维纳米材料阵列层的材料为ZnO纳米棒。在一种可能的实现方式中，贵金属薄膜的材质为金、钯或铂。在一种可能的实现方式中，碳类型薄膜为碳薄膜、碳化硅或氮化碳。在一种可能的实现方式中，一维纳米材料阵列层的厚度为200nm-5000nm；和/或，薄膜的单层厚度为10nm-100nm。在一种可能的实现方式中，基片的材质为单晶硅片、石英、玻璃或有机聚合物；和/或，基片的厚度为0.1mm-5mm。在上述实现过程中，基片的选择范围广，无需受到加工微通道的限制。第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面提供的微流控芯片的制备方法，其包括以下步骤：在基片的表面生成一维纳米材料阵列层；采用物理沉积方式或化学沉积方式在一维纳米材料阵列层的表面沉积形成薄膜。在上述实现过程中，制备简单易行，省去了加工微通道的步骤；实现大规模制造，个性化应用。第三方面，本申请实施例提供了一种第一方面提供的微流控芯片的应用，采用光源对微流控芯片进行精确照射，用于控制微流控芯片表面的流体流动，光源的光照波长为360-500nm，功率为100-5000mW。在上述实现过程中，微流控芯片表面的薄膜为疏水特性，在适宜波长及功率的光照后，一维纳米材料阵列层的光伏响应特性导致材料表面转为亲水特性，从而引导待测液体在芯片表面流动。具体地说，分析仪内的可控光源对芯片表面进行精确照射，实现芯片表面预定路线上水浸润性改变，由此实现待测液体流动的可控性，实现待测液体可控、可逆流动，并通过采用毛细沟道腔的方式将待测液体分割出所需体积。在一种可能的实现方式中，光源对微流控芯片的照射区域对应流体的流动路径。在上述实现过程中，通过控制照射区域实现流动路径的调控，并结合材料本身的特性，实现液体可靠性、可控性流动，满足多方面使用需求。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请第一实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；图2为液滴与固体表面接触形成接触角的示意图；图3为本申请第一实施例提供的一种一维纳米材料阵列层的扫描电镜图；图4为本申请第二实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；图5为本申请第二实施例提供的一种一维纳米材料阵列层的扫描电镜图；图6为本申请第二实施例提供的一种一维纳米材料阵列层的XRD图；图7为流动驱动技术的构成图。图标：100-微流控芯片；110-基片；120-一维纳米材料阵列层；130-薄膜；200-微流控芯片；210-ITO基底；220-ZnO薄膜；230-ZnO纳米棒；240-金薄膜。具体实施方式专利技术人在实现本申请的过程中发现，现有的微流控芯片产品缺乏相应的标准化和规范化：目前还没法实现组件(配套使用的试剂，核心的微流控芯片，芯片驱动平台，光电检测模块，信号处理模块以及人机交互的软件系统等)的通用化。微流控芯片常以具有良好的生化相容性、光学性能、可修饰性的单晶硅片、石英、玻璃、有机聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)等作为芯片材料。加工方式：玻璃、石英等芯片制作的主要步骤包括：涂胶、曝光、显影、腐蚀、去胶、键合。微流控技术壁垒：芯片的加工方式、键合技术、流体控制、表面修饰等技术壁垒制约了其产业化。作为一种示例，微流控芯片制作流程：①高分子聚合物芯片的制作技术主要包括：热压法、模塑法、注塑法、激光烧蚀法、LIGA法和软刻蚀法等。②键合技术：微流控芯片键合方法主要有三种：热键合、阳极键合、低温键合。刻蚀后基片表面会残留较多的有机物和无机颗粒、尘埃等，直接造成表面的平整出现不均匀，粗糙度不一致，在键合时导致结合界面产生衍射纹，不能紧密贴合而导致键合失败。因此，无论采用何种键合方式，基片在键合前均需进行严格的清洗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片，其特征在于，其包括叠加设置的基片和具有光伏响应特性的一维纳米材料阵列层；所述一维纳米材料阵列层的表面包被有薄膜，所述薄膜为碳类型薄膜或贵金属薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于，其包括叠加设置的基片和具有光伏响应特性的一维纳米材料阵列层；所述一维纳米材料阵列层的表面包被有薄膜，所述薄膜为碳类型薄膜或贵金属薄膜。


2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述一维纳米材料阵列层的材料材质为ZnO、TiO2、CuO、Cu2O、SnO2、CeO、Bi2S3、InP和V2O5中的一种或两种以上的组合；
和/或，所述一维纳米材料阵列层的材料形态为纳米棒、纳米线和纳米片中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述一维纳米材料阵列层的材料为ZnO纳米棒。


4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述贵金属薄膜的材质为金、钯或铂。


5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述碳类型薄膜为碳薄膜、碳化硅或氮化碳。


6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述一维纳米材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗小林，
申请(专利权)人：嘉善君圆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33