微流控芯片及制备方法和氧化锌纳米棒阵列图案化生长的应用技术

本发明专利技术公开了一种微流控芯片及制备方法和氧化锌纳米棒阵列图案化生长的应用，其特点是该芯片利用机械加工的方法制备PDMS基片，并将三个PDMS基片和玻璃基片对准封装得到微流控芯片，实现图案化氧化锌纳米棒阵列的生长，其中两个PDMS基片分别设有流道阵列和通孔阵列结构；所述流道由入口、微腔室流道和出口组成；所述微腔室流道由与基底平行的圆形腔室结构组成，圆形腔室结构与通孔结构一一对应，形成了下层微腔室上层流道的双层结构，用于定义图案化生长的区域。本发明专利技术与现有技术相比具有提升合成材料的效率，降低芯片成本的优势，可广泛用于研制场发射器件、气体传感器以及生物荧光检测传感器，为相关工作者提供很好的思路设计和参考。设计和参考。设计和参考。

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片及制备方法和氧化锌纳米棒阵列图案化生长的应用


[0001]本专利技术涉及微流控芯片制造
，尤其是一种三维流道结构的微流控芯片及其制备方法和实现氧化锌纳米棒阵列图案化生长的应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着生物分析检测、器官芯片、化学合成、食品检测和环境检测等领域的发展微流控芯片的制造技术也在不断地发展。常见的微流控芯片制造技术包括光刻法、热压法、模塑法、软光刻法、激光烧蚀法、机械加工法和LIGA法等。光刻法是利用光成像和光敏胶在微流控芯片的基片，如硅、玻璃等材料上图形化的加工技术；热压法是将聚合物基片和模具对准加热并施加一定的压力得到的具有微结构的芯片加工技术；模塑法是通过光刻胶等得到模具并在模具上固化高聚物得到具有微结构的芯片加工技术；软光刻法利用弹性模具代替光刻中使用的硬模形成微结构；激光烧蚀法是一种非接触式的微细加工技术；机械加工法常用于在硬质基片上加工尺寸加大的微结构芯片；LIGA法常用于制作深宽比比较大的芯片。根据以上加工的方法，可以实现三维流道芯片的加工。
[0003]微反应器是微流控技术发展的重要组成部分，在材料合成方面比普通的合成技术具有显著而突出的优势，例如试剂消耗少，传热、传质效率高，易于精确控制反应参数和实时在线监测，操作更加安全，高度的适应性和集成性等，近年来飞速发展成为纳米材料合成的新平台。发展新型的微流控合成芯片可以有效的实现纳米材料的定位合成，为基于纳米材料的检测器件的研制开辟了新的途径。
[0004]氧化锌是一种n型、直接禁带宽度为3.37 eV 的II
‑
VI 族半导体化合物，在室温下，具有较大的激子的束缚能（60 meV）。氧化锌是一种极性半导体材料，有两个极性相反的晶面和不同的表面结合能，通过改变合成条件能得到不同形貌结构。氧化锌纳米材料具有独特的物理化学性质，在多个研究领域有着广阔的应用前景，如紫外激光器、太阳能电池、纳米发电机、气体传感器等。氧化锌还具有良好的生物相容性和生物可降解性，被广泛用于生物检测领域。在检测领域，为了实现高效高通量的检测，往往需要多个检测单元以实现快速稳定的多样本检测。因此，对检测载体的设计及制备提出了新的要求。氧化锌纳米材料由于其加工工艺的优势，适用于作于高通量的检测载体。在传统的氧化锌纳米材料合成研究中，常用水热法制备大批量较高质量的氧化锌纳米棒阵列，但由于常规方法制备的材料试剂消耗大，即时可控性较差，合成条件优化耗时长，而微流控合成技术可优化反应条件，得到性能更优的材料。此外，为了增强基于氧化锌纳米材料检测传感器的性能，优化氧化锌纳米结构，实现周期性或局部图案化生长，大规模制造多样化的基板以实现氧化锌纳米材料阵列批量生产至关重要。
[0005]现有技术的图案化纳米结构阵列的制备方法包括光刻、纳米球光刻、干涉光刻、激光书写、电子束光刻和纳米注入等。但这些技术通常需要洁净室和昂贵的设备，低通量较低。迄今为止所发展的有关图案化原位合成材料的设计方案涉及的设备较为昂贵，难以实
现批量化生产，导致了它的应用局限性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供了一种微流控芯片及制备方法和氧化锌纳米棒阵列图案化生长的应用，采用由若干个流道阵列和通孔阵列组成的微流控芯片，流道阵列的圆形腔室结构与通孔阵列的通孔结构一一对应，形成了下层微腔室与上层流道的双层结构，用于定义图案化生长的区域，每个流道上的圆形微腔室结构下方与通孔相对应，形成三维流道结构，每个流道的入口和出口处可集成微泵和微阀，用于实现化学物质的定时、定量注入；生长溶液通过与外界相连的流通道来提供，进入圆形腔室发生化学反应，实现材料的定位生长，得到图案化的氧化锌纳米棒阵列。本专利技术通过流道提供了流动合成的反应环境，提升合成材料的效率，利用微流控芯片合成氧化锌纳米棒，试剂用量少，质量稳定，便于可控合成，通过机械加工的方法制备微流控芯片，可批量生产，大大降低了芯片成本低，制作方法简单，易于操作，可广泛用于研制场发射器件，气体传感器以及生物荧光检测传感器等，为相关工作者提供很好的思路设计和参考。并能广泛地应用于生物荧光检测领域对不同种类荧光标记的生物分子，例如DNA、细胞因子、蛋白质、细菌以及病毒等进行高效检测的应用。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：一种微流控芯片，其特点是该微流控芯片由封装在玻璃基底上的三层PDMS基片组成；所述第一层PDMS基片为若干个圆柱形通孔组成的平行阵列构成图案化生长区域；所述第二层PDMS基片由若干个直流道组成的平行阵列，直流道的两端设有流道出/入口（若一端为流道入口，另一端则为流道出口），两流道出/入口之间设有若干个圆形微腔室结构，每一个圆形微腔室与第一层PDMS基片上的圆柱形通孔一一对应。生长溶液通过直流道注入圆柱形通孔，并完成生长溶液更新，实现材料的生长；所述第三层PDMS基片上设有若干与流道出/入口对应设置的流体进/出口（若一侧为流体进口，另一端则为流体出口），且第三层PDMS基片的流体进/出口与第二层PDMS基片的流道出/入口相连通，形成微流控芯片的上盖，构成闭合的三维流道区域。生长溶液通过流体进口注入流道和圆柱形通孔，在玻璃基底上实现图案化氧化锌纳米棒阵列的生长，并在圆柱形通孔处制备得到图案化氧化锌纳米棒阵列。
[0008]一种微流控芯片的制备，其特点是具体包括下述步骤：（一）、制作PDMS基片1）基片的制作将PDMS单体与PDMS（固化剂）按质量比1~50：1混合，优选10：1，混合均匀后放入真空干燥箱中抽真空15 分钟，去除气泡后将其浇筑在硅片上，经固化后得到PDMS基片，也可将PDMS材料换成PMMA、 PC或PS基片。
[0009]2）第一、第二层基片的制作绘图制作基片模型，包括直流道和圆柱形通孔结构，通过刻字机批量打印的方法，制成具有直流道和圆柱形通孔相对位置标记的PDMS层，机械加工批量制备第一、第二层PDMS基片，第二层PDMS基片上的直流道高度小于等于300微米，宽度小于等于2毫米；第一层PDMS基片上的圆柱形通孔高度小于等于300 微米，直径小于等于1毫米。
[0010]3）第三层基片的制作
将PDMS单体与PDMS（固化剂）按质量比1~50：1的混合，优选10：1，混合均匀后放在真空干燥箱中抽真空15 分钟，去除气泡后将其浇筑在无结构的硅片上，经固化后得到模制成型的第三层PDMS基片，作为芯片的上盖，其厚度小于等于8毫米，通过微细加工机床定位打通第三层PDMS基片上的流体进/出口。
[0011]所述构成直流道和圆柱形通孔阵列的第一、第二层PDMS基片的材料为生物兼容高分子材料，也可选用PMMA、PC或PS热塑性材料，其厚度小于等于300 微米。
[0012]（二）、玻璃基底的制作1）依次用丙酮、异丙醇和去离子水对玻璃片超声清洗15 分钟，然后用氮气干燥得到洁净的玻璃片。
[0013]2）将二水合乙酸锌溶解在乙醇中，超声3~15分钟制备得到种子溶液，以1000~3000转/分钟的速度将种子溶液旋涂在玻璃底板上，重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于该微流控芯片由玻璃基底（1）上依次设置的第一层PDMS基片（2）、第二层PDMS基片（3）和第三层PDMS基片（4）封装而成，所述第一层PDMS基片（2）上设有若干个圆柱形通孔（2
‑
1）组成平行设置的通孔阵列；所述第二层PDMS基片（3）上设有若干与通孔阵列对应设置的直流道（3
‑
1）；所述直流道（3
‑
1）的两端分别设有流道出/入口（3
‑
3），两出、入口之间设有若干与圆柱形通孔（2
‑
1）对应设置的圆形微腔室结构（3
‑
2），且与第一层PDMS基片（2）的圆柱形通孔（2
‑
1）为键合连通；所述第三层PDMS基片（4）上设有若干与流道出/入口（3
‑
3）对应设置的流体进/出口（4
‑
1），且与第二层PDMS基片（3）的流道出/入口（3
‑
3）为键合连通，形成微流控芯片的上盖，构成闭合的三维流道区域，生长溶液通过流体进/出口（4
‑
1）进入直流道（3
‑
1），在圆柱形通孔（2
‑
1）处的玻璃基底（1）上实现图案化氧化锌纳米棒阵列的生长，制得图案化氧化锌纳米棒阵列。2.根据权利要求1所述微流控芯片，其特征在于所述玻璃基底（1）上设有氧化锌纳米晶体的种子层（5）。3.一种权利要求1所述微流控芯片的制备方法，其特征在于所述微流控芯片的制备方法具体包括如下步骤：（一）、PDMS基片的制作1）第一、第二层基片的制作机械加工批量制备第一层PDMS基片（2）和第二层PDMS基片（3），具体包括：绘图制作直流道（3
‑
1）和圆柱形通孔（2
‑
1）的基片模型，通过刻字机批量打印的方法，分别制成具有直流道（3
‑
1）和圆柱形通孔（2
‑
1）相对位置标记的第一层PDMS基片（2）和第二层PDMS基片（3）；2）第三层基片的制作在培养皿中浇筑基片，模制成型第三层PDMS基片（4），通过微细加工机床定位打通第三层PDMS基片（4）上的流体进/出口（4
‑
1）；（二）、玻璃基底的制作利用溶解于乙醇中的二水合乙酸锌在玻璃基底（1）上制备氧化锌纳米晶体的种子层；（三）、芯片的封装将第一PDMS基片（2）与第二PDMS基片（3）和第三PDMS基片（4）及其玻璃基底（1）进行键合，将其封装成微流控芯片。4.根据权利要求3所述微流控芯片的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，李亚冰，赵振杰，谢文辉，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：