微流控通道用针状拉曼增强基底及微流控芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种微流控通道用针状拉曼增强基底，以下步骤制得：步骤S1，针状阵列PDMS模板的制备；步骤S2，利用PMMA溶液对步骤S1所获得的PDMS针尖阵列模板进行倒模；步骤S3，PS胶体球气液界面自组装及转移；步骤S4，反应离子刻蚀；步骤S5，电子束沉积金膜；步骤S6，基底上的适体修饰；本发明专利技术的针状SERS微纳基底具有的微纳分级结构能够较好的增强拉曼效应，具有较好的检测灵敏度，基底的使用方式简单灵活。通过将SERS微纳基底嵌入微流控芯片组装形成微流控检测装置，结合微流控芯片处理速度快和消耗量少以及SERS基底灵敏度高、非破坏性检测的的特点，可以快速、高效的对少量的生化样品进行检测。进行检测。进行检测。

【技术实现步骤摘要】
微流控通道用针状拉曼增强基底及微流控芯片
[0001]

[0002]本专利技术涉及芯片
，具体的说，本专利技术涉及一种微流控通道用针状拉曼增强基底，以及采用该微流控通道用针状拉曼增强基底的微流控芯片。
[0003]
技术介绍

[0004]拉曼光谱是1928年印度物理学家C.V.Raman在进行实验时发现的，在一束单色光入射到物体后，有一部分光会被物体透射，还有部分光会被物体吸收，另外有部分光会被物体散射。在散射光中，大部分光的频率与入射光相同，少部分散射光受到物体中分子振动和转动的影响，导致频率发生变化，这种频率发生变化的光谱被称为拉曼光谱。
[0005]表面增强拉曼散射(SERS)是1974年英国科学家Fleischmann等人在实验中意外的发现吸附在表面粗糙的银电极上面的拉曼标记分子吡啶的拉曼信号相比于光滑的银电极上面吡啶的拉曼信号会大大增强，当时他们认为这是粗糙的银电极表面可能吸附了更多的检测分子，因此拉曼信号得到增强。在1977年，Van Duyne等人从实验和理论上进行归纳总结，发现这是一种基于粗糙金属表面的有规律现象，并称之为表面增强拉曼散射效应。SERS是一种强大的、无损的技术，可以从少量分子中确定化学特征和结构信息，能够克服传统的拉曼散射效应比较微弱的固有属性。
[0006]反应离子刻蚀技术是一种各向异性很强、重现性较好的干法刻蚀技术。向真空环境中通入刻蚀气体，气体放电产生的等离子体中含有大量化学活性的气体离子，这些离子与基底表面相互作用导致表面原子产生化学反应，基底被逐层刻蚀到指定深度。带有能量的离子轰击基底表面也会使表面原子溅射，产生一定的刻蚀作用，最终形成SERS基底所需要的粗糙表面。电子束沉积是物理气相沉积的一种，电子束沉积利用电磁场的配合可以精准地实现利用高能电子轰击坩埚内的镀膜材料，使之融化进而沉积在基底表面。
[0007]微流控(Microfluidics)是使用微通道处理或操纵流体的系统所涉及的科学和技术。微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点,它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。
[0008]
技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提高针状微纳基底检测的实用性，通过微纳基底协同微流控芯片来优化传统基底对生化样品的复杂检测方式，提供了一种在微流控装置中用于多种生化样品检测的针状SERS基底，以及使用该针状拉曼增强基底的微流控芯片。
[0010]为实现本专利技术的专利技术目的，本专利技术提出以下技术方案：
一种微流控通道用针状拉曼增强基底，所述基底通过以下步骤制得：步骤S1，针状阵列PDMS模板的制备；将钢针经过乙醇和去离子水超声清洗后放在加热板上烘干；将清洗干净的钢针阵列布置后，垂直伸入除去气泡的PDMS中，针尖浸入PDMS中即可；然后放入烘箱固化后将钢针取下，得到具有针状阵列形貌的PDMS模板；步骤S2，利用PMMA溶液对步骤S1所获得的PDMS针尖阵列模板进行倒模；将步骤S1所获得的PDMS模板浸入PMMA溶液中，固化成型的PMMA基底从PDMS模板上剥离，得到具有针尖形貌的PMMA基底；步骤S3，PS胶体球气液界面自组装及转移；PS球自组装成单层膜，将PS单层膜缓慢转移到PMMA基底表面；步骤S4，反应离子刻蚀；将步骤S3制得的表面铺有PS球的PMMA基底放入反应离子刻蚀机进行刻蚀，在PMMA基底表面的微锥上刻蚀出纳米锥，形成微纳分级结构。
[0011]步骤S5，电子束沉积金膜；将刻蚀后的PMMA基底放置入镀金的腔室中，对PMMA基底表面沉积金膜；步骤S6，基底上的适体修饰；将基底放入特异性适体溶液中进行振荡后，将适体固定到基底上，完成PMMA基底表面的适体修饰。
[0012]本专利技术提供的优选的技术方案是：所述的步骤S2中，倒模具体方法为：将PMMA粉末和固化剂按质量比例为1:0.8来配置PMMA溶液，然后将PDMS模板浸入PMMA溶液中，固化12 h，将固化成型的PMMA基底从PDMS模板上剥离就可得到具有针尖形貌的PMMA基底。
[0013]本专利技术提供的另外的优选技术方案是：所述的步骤S3中，所述的胶体球气液界面自组装及转移的方法为：将清洁的PMMA基底和玻璃片放入盛有去离子水的培养皿中，取10μL PS球悬浮液缓慢滴在倾斜的玻璃片上并流入去离子水中，无序的漂浮在水面，然后取10μL稀释过的TX
‑
100活性剂缓慢的滴在靠近培养皿边缘的水面上，PS球自组装成单层膜，将PS单层膜缓慢转移到PMMA基底表面，最后将基底干燥30min。
[0014]进一步的，所述的步骤S4中，所述的反应离子刻蚀方法为：将表面铺有PS球的PMMA基底放入反应离子刻蚀机的腔室内，使用氧气作为刻蚀气体，刻蚀时通入腔体内氧气的流量为20 sccm，刻蚀的功率为250 W，腔体内部的压强为5.5
×
10
‑
3 Pa，最终在PMMA基底表面的微锥上刻蚀出纳米锥，形成微纳分级结构。
[0015]更进一步的，所述的电子束沉积金膜的方法为：将刻蚀后的PMMA微纳基底放入DZS
‑
500电子束/热蒸发沉积系统的腔室内，对基底表面沉积100 nm的金膜，控制金沉积的速度为0.01
‑ꢀ
0.02 nm/s，沉积金的厚度可以通过膜厚仪来控制，最终微纳基底表面覆盖均匀的100 nm厚的金膜。
[0016]优选的，所述的适体修饰的方法为：用移液枪取1 mL浓度为70 nM的适体溶液放入离心管中，然后将镀金微纳基底缓慢的放入离心管中，将离心管放入振荡器中振荡24 h，Wy5a适体一端的巯基会和基底表面分布的金纳米粒子形成Au
‑
S化学键而将Wy5a适体固定到基底上，完成微纳基底表面的适体修饰。
[0017]本专利技术提供的另外的优选技术方案是：还包括步骤S7，基底表征，所述的基底表征方法为：利用冷场发射扫描电子显微镜对基底表面形貌进行表征，通过基底上MGITC梯度浓度的SERS信号检测和基底的均一性检测以及基底的紫外光吸收的方式对基底进行性能表征。
[0018]本专利技术还提供了一种使用上述的一种微流控通道用针状拉曼增强基底的微流控芯片，所述的微流控芯片的制备方法包括单层微流控芯片的制备以及微流控芯片与针状拉曼增强基底的封接。
[0019]进一步的，所述的单层微流控芯片的制备包括以下步骤：将光刻胶旋涂在整个硅片上，在光刻机的紫外光作用下，将掩膜板上具有通道结构的图案固化在硅片上；再将PDMS与固化剂以 10:1 的比例混合搅拌，抽真空除去气泡后倒在硅片上加热固化形成微流控芯片；芯片的长度为45
‑
50mm，芯片宽度约为9mm，芯片厚度约为5mm，其内部的微通道宽约 800um，高度为 70um，其预留的基底凹槽区域的长度为12mm，宽度为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控通道用针状拉曼增强基底，其特征在于，所述基底通过以下步骤制得：步骤S1，针状阵列PDMS模板的制备；将钢针经过乙醇和去离子水超声清洗后放在加热板上烘干；将清洗干净的钢针阵列布置后，垂直伸入除去气泡的PDMS中，针尖浸入PDMS中即可；然后放入烘箱固化后将钢针取下，得到具有针状阵列形貌的PDMS模板；步骤S2，利用PMMA溶液对步骤S1所获得的PDMS针尖阵列模板进行倒模；将步骤S1所获得的PDMS模板浸入PMMA溶液中，固化成型的PMMA基底从PDMS模板上剥离，得到具有针尖形貌的PMMA基底；步骤S3，PS胶体球气液界面自组装及转移；PS球自组装成单层膜，将PS单层膜缓慢转移到PMMA基底表面；步骤S4，反应离子刻蚀；将步骤S3制得的表面铺有PS球的PMMA基底放入反应离子刻蚀机进行刻蚀，在PMMA基底表面的微锥上刻蚀出纳米锥，形成微纳分级结构；步骤S5，电子束沉积金膜；将刻蚀后的PMMA基底放置入镀金的腔室中，对PMMA基底表面沉积金膜；步骤S6，基底上的适体修饰；将基底放入特异性适体溶液中进行振荡后，将适体固定到基底上，完成PMMA基底表面的适体修饰。2.根据权利要求1所述的一种微流控通道用针状拉曼增强基底，其特征在于，所述的步骤S2中，倒模具体方法为：将PMMA粉末和固化剂按质量比例为1:0.8来配置PMMA溶液，然后将PDMS模板浸入PMMA溶液中，固化12 h，将固化成型的PMMA基底从PDMS模板上剥离就可得到具有针尖形貌的PMMA基底。3.根据权利要求1所述的一种微流控通道用针状拉曼增强基底，其特征在于，所述的步骤S3中，所述的胶体球气液界面自组装及转移的方法为：将清洁的PMMA基底和玻璃片放入盛有去离子水的培养皿中，取10μL PS球悬浮液缓慢滴在倾斜的玻璃片上并流入去离子水中，无序的漂浮在水面，然后取10μL稀释过的TX
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100活性剂缓慢的滴在靠近培养皿边缘的水面上，PS球自组装成单层膜，将PS单层膜缓慢转移到PMMA基底表面，最后将基底干燥30min。4.根据权利要求1所述的一种微流控通道用针状拉曼增强基底，其特征在于，所述的步骤S4中，所述的反应离子刻蚀方法为：将表面铺有PS球的PMMA基底放入反应离子刻蚀机的腔室内，使用氧气作为刻蚀气体，刻蚀时通入腔体内氧气的流量为20 sccm，刻蚀的功率为250 W，腔体内部的压强为5.5
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3 Pa，最终在PMMA基底表面的微锥上刻蚀出纳米锥，形成微纳分级结构。5.根据权利要求1所述的一种微流控通道用针状拉曼增强基底，其特征在于，所述的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：高荣科，翁朝贵，周又强，于连栋，张冬至，陆洋，贾华坤，陈孝喆，夏豪杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：