一种柔性阵列式微通道液晶传感器、及其制备方法、液晶填充方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种柔性阵列式微通道液晶传感器、及其制备方法、液晶填充方法和应用，所述传感器包括基于聚二甲基硅氧烷PDMS柔性材料的上盖板和下基板，所述上盖板表面有凹陷的微通道结构，所述下基板表面有微结构栅格，所述上盖板非通道部分与所述下基板的非微结构栅格部分封接，所述微通道和微结构栅格相对设置形成封闭通道，所述封闭通道设置流体入口和出口并与外界连通；液晶在微结构栅格中形成特定厚度的液晶薄膜，两亲性分子水溶液覆盖于液晶薄膜之上。该液晶传感器无需对基底进行预处理，操作简单快捷，可原位自主填充液晶形成液晶薄膜，液晶薄膜厚度可自主控制，可产生均一的液晶花纹织构，提高检测灵敏度，且可重复使用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性阵列式微通道液晶传感器、及其制备方法、液晶填充方法和应用


[0001]本专利技术属于传感器
，涉及一种由微结构栅格组成的柔性阵列式微通道液晶生物传感器、基于该传感器的液晶填充方法、该传感器的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]液晶分子基于其独特的光学性质从20世纪初逐渐被应用于传感器领域。液晶传感器具有高灵敏度、高选择性、无需标记且器件构筑快速且便捷，尤其是不与生物分子反应等优点被广泛用于生物体蛋白相关的检测中。
[0003]液晶的传感原理是基于液晶的长程取向有序性和对光的双折射性。利用限域在固定结构且分子初始排列方向一致的液晶薄膜，受外界环境刺激从而改变液晶薄膜上界面分子的排列取向，再通过含有垂直交叉线性偏振片的偏光显微镜观察液晶光学形貌特征变化来反馈响应被测物的检测信号。
[0004]目前向列相液晶(5CB)常用作液晶生物传感器的敏感元件。传感器在检测生物分子时常用液体
‑
液晶界面型体系，具有前期预处理简单、适合研究生物分子的动态过程等优势。该类传感器通常分为三部分：功能化的载玻片修饰基底，特定厚度的液晶薄膜以及与上界面液晶分子发生响应的液体溶液。其中功能化基底修饰常用具有长烷基链的硅烷化试剂，目的是诱导液晶薄膜底部分子垂直排列。液晶薄膜一般利用商用电子显微镜(TEM)网格固定，将液晶限域在TEM网格阵列中，传感器使用时将待测物水溶液通入液晶阵列上方进行检测。
[0005]然而，液体
‑
液晶界面型液晶传感器存在以下几个问题：制备液晶生物传感器之前需探究最优修饰基底的浓度；修饰基底需较长时间的预处理且该基底无法重复使用；一般为开放体系，无法进行有毒气体或有害分子的检测，易造成环境污染和对人体产生伤害；大量研究表明液晶生物传感器薄膜厚度存在最优范围，液晶薄膜的厚度控制是传感灵敏度的关键，限域液晶薄膜的结构一般为商用的结构固定的TEM网格，液晶薄膜厚度无法自主控制，且栅格尺寸大(边长为275μm)，产生的液晶织构的杂乱无章，无法形成稳定且均一的液晶花纹织构，因此只能通过显微镜观察液晶光学形貌的“亮”或“暗”信号来进行检测，在一定程度上影响后期对液晶织构灰度值(将液晶光学图像和检测物浓度对应的处理方法)的计算，可能造成传感器“假阳性”的问题。

技术实现思路

[0006]基于上述问题，本专利技术提供了一种柔性阵列式微通道液晶传感器，及其制备方法、液晶填充方法和应用，该液晶传感器无需对基底进行预处理，操作简单快捷，可原位自主填充液晶形成液晶薄膜，液晶薄膜厚度可自主控制，可产生均一的液晶花纹织构，提高检测灵敏度，且可重复使用。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供一种柔性阵列式微通道液晶传感器，包括基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性材料的上盖板和下基板，所述上盖板表面有凹陷的微通道结构，所述下基板表面有微结构栅格，所述上盖板非通道部分与所述下基板的非微结构栅格部分封接，所述微通道和微结构栅格相对设置形成封闭通道，所述封闭通道设置流体入口和出口并与外界连通；液晶在微结构栅格中形成特定厚度的液晶薄膜，两亲性分子水溶液覆盖于液晶薄膜之上。
[0009]其中，上盖板中微通道结构的设置，目的是在封闭通道中使液晶、目标水相、待测分子在设定范围里流动；下基板中微结构栅格的设置，目的是使液晶在封闭通道内限域形成特定厚度的液晶薄膜。
[0010]在具体的实施方式中，所述液晶选自5CB或E7；
[0011]所述两亲性分子烷基链大于8个碳原子；包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵；
[0012]优选地，所述两亲性分子水溶液的浓度为10～500μΜ；优选浓度为10～100μΜ。
[0013]在具体的实施方式中，所述微通道高度为25～75μm，优选高度为50μm；长度为2～3.5cm；宽度为2～4mm，优选宽度为3mm；
[0014]所述微结构栅格深度为10～45μm；优选深度为25μm；
[0015]进一步地，所述微结构栅格的阵列单元几何结构包括三角形、四边形、六边形；
[0016]优选地，所述阵列单元几何结构的边长为40～250μm，优选为60～100μm；
[0017]相邻阵列单元间距为10～30μm，优选为20μm；
[0018]阵列与边界距离为0.1～0.3mm，优选为0.2mm。
[0019]优选地，所述流体入口和流体出口的数量均至少为一个；所述流体入口与出口分别设置于所述传感器的同侧或异侧；优选地，流体入口与出口分别设置于所述传感器的对侧；
[0020]优选地，所述流体入口包括液晶入口和目标水相入口，所述出口为混合流体出口；所述液晶入口与目标水相入口位于所述传感器同侧，所述液晶入口与目标水相入口的距离大于5mm；其中，液晶入口用于输送液晶，目标水相入口用于输送两亲性分子水溶液和目标检测物；
[0021]或，所述流体入口包括液晶入口、两亲性分子水溶液入口、目标检测物入口，分别用于输送液晶、两亲性分子水溶液和目标检测物；
[0022]优选地，所述流体入口与出口的直径为1.0～3.0mm，优选为1.5mm。
[0023]在具体的实施方式中，所述上盖板非通道和下基板的非微结构部分通过化学键合的方式封接。
[0024]本专利技术的第二个方面，提供基于上述柔性阵列式微通道液晶传感器的液晶填充方法，包括以下步骤：
[0025](1)通过流体入口以一定流速向液晶传感器通入液晶，使微结构栅格内充满液晶；
[0026](2)再通过与步骤(1)相同或不同的流体入口，以一定流速通入特定的两亲性分子水溶液，以移除通道内微结构栅格上方多余的液晶。
[0027]通道内微结构栅格内充满液晶后，由于液晶过厚，无法准确观察到液晶的双折射情况，后通入两亲性分子水溶液移除微结构栅格上方多余的液晶后，即可使液晶厚度适宜，
解决该问题。
[0028]在具体的实施方式中，向液晶传感器通入液晶或两亲性分子水溶液的方式为：将所述柔性阵列式微通道液晶传感器与流体输运装置相连接，利用流体输运装置通过流体入口向液晶传感器通入液晶或两亲性分子水溶液；
[0029]优选地，所述流体输运装置由针筒注射泵与注射针结合组成，所述液晶传感器与所述流体输运装置通过硅胶软管连接；优选地，所述硅胶软管内径为0.5mm，外径为1.5mm；
[0030]在具体的实施方式中，通入液晶的最低流速为80μL
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‑1，通入两亲性分子水溶液的最低流速为150μL
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‑1，所有流体进入通道内的最高流速为500μL
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‑1，流速过高会使得上下基板失去键合能力。
[0031]本专利技术的第三个方面，提供上述柔性阵列式微通道液晶传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0032](1)设计微通道液晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性阵列式微通道液晶传感器，其特征在于，包括基于聚二甲基硅氧烷PDMS柔性材料的上盖板和下基板，所述上盖板表面有凹陷的微通道结构，所述下基板表面有微结构栅格，所述上盖板非通道部分与所述下基板的非微结构栅格部分封接，所述微通道和微结构栅格相对设置形成封闭通道，所述封闭通道设置流体入口和出口并与外界连通；液晶在微结构栅格中形成特定厚度的液晶薄膜，两亲性分子水溶液覆盖于液晶薄膜之上。2.根据权利要求1所述的柔性阵列式微通道液晶传感器，其特征在于，所述液晶选自5CB或E7；所述两亲性分子烷基链大于8个碳原子；包括十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵；优选地，所述两亲性分子水溶液的浓度为10～500μΜ；优选浓度为10～100μΜ。3.根据权利要求1所述的柔性阵列式微通道液晶传感器，其特征在于，所述微通道高度为25～75μm，优选高度为50μm；长度为2～3.5cm；宽度为2～4mm，优选宽度为3mm；所述微结构栅格深度为10～45μm；优选深度为25μm；进一步地，所述微结构栅格的阵列单元几何结构包括三角形、四边形、六边形；优选地，所述阵列单元几何结构的边长为40～250μm，优选为60～100μm；相邻阵列单元间距为10～30μm，优选为20μm；阵列与边界距离为0.1～0.3mm，优选为0.2mm；优选地，所述流体入口和流体出口的数量均至少为一个；所述流体入口与出口分别设置于所述传感器的同侧或异侧；优选地，流体入口与出口分别设置于所述传感器的对侧；优选地，所述流体入口包括液晶入口和目标水相入口，所述出口为混合流体出口；所述液晶入口与目标水相入口位于所述传感器同侧，所述液晶入口与目标水相入口的距离大于5mm；或，所述流体入口包括液晶入口、两亲性分子水溶液入口、目标检测物入口；优选地，所述流体入口与出口的直径为1.0～3.0mm，优选为1.5mm；优选地，所述上盖板非通道和下基板的非微结构部分通过化学键合的方式封接。4.一种基于权利要求1
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3任一项所述的柔性阵列式微通道液晶传感器的液晶填充方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)通过流体入口以一定流速向液晶传感器通入液晶，使微结构栅格内充满液晶；(2)再通过与步骤(1)相同或不同的流体入口，以一定流速通入特定的两亲性分子水溶液，以移除通道内微结构栅格上方多余的液晶。5.根据权利要求4所述的的液晶填充方法，其特征在于，向液晶传感器通入液晶或两亲性分子水溶液的方式为：将所述柔性阵列式微通道液晶传感器与流体输运装置相连接，利用流体输运装置通过流体入口向液晶传感器通入液晶或两亲性分子水溶液；优选地，所述流体输运装置由针筒注射泵与注射针结合组成，所述液晶传感器与所述流体输运装置通过硅胶软管连接；优选地，所述硅胶软管内径为0.5mm，外径为1.5mm；优选地，通入液晶的最低流速为80μL
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‑1，通入两亲性分子水溶液的最低流速为150μL
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‑1，所有流体进入通道内的最高流速为500μL
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‑1。6.权利要求1
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3任一项所述柔性阵列式微通道液晶传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)设计微通道液晶传感器的上盖板微通道和下基板微结构栅格图案，将图案制备成掩模版，利用光刻技术将掩膜版通过光刻胶刻蚀至硅片上；(2)将PDMS前驱体倒入步骤(1)制备的硅片上进行热固化，转移硅片的的微结构，切割热固化后形成的PDMS基板得到含有微通道结构的上盖板和含有微结构栅格的下基板；(3)对上盖板的微通道部分和下基板微结构栅格部分进行遮蔽后，对非通道部分和非微结构栅格部分进行等离子体清洗，清洗完成后，将上盖板的微通道部分和下基板的微结构栅格部分相对设置，使所述上盖板非通道和下基板的非微结构部分发生化学键合形成不可逆封接，使所述微通道和微结构栅格形成封闭通道，制备得到微通道传感装置；(4)用打孔器对步骤(3)得到的微通道传感装置设置至少一个流体入口和至少一个流体出口，所述流体入口和流体出口分别连通外界与所述封闭通道；(5)通过流体入口以一定流速向液晶传感器通入液晶，使微结构栅格内充满液晶；再通过与前述步骤相同或不同的流体入口，以一定流速通入特定的两亲性分子水溶液，移除通道内微结构栅格上方多余的液晶，制备得到柔性阵列式微通道液晶传感器。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏敏，黄朝帆，刘孟君，水玲玲，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：