一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片及其应用制造技术

本发明专利技术涉及微流体芯片技术领域，具体为一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片及其应用。包括：亲水性基底、疏水性微流体通道和封装片。通过疏水性微通道或结构设计产生能量梯度实现液滴自输运，无需设置微阀微泵等结构。能量梯度的构建方式为：疏水性微流体通道的宽度和/或相邻两个疏水性微流体通道之间的间距逐渐减小的设计，构筑出浸润性梯度表面；或通过亲水基底上位于较大区域的二氧化硅纳米颗粒，在液滴的撞击下，形成的电荷梯度，以此控制液滴产生方向性运动。通过疏水性微流体通道的两个侧壁特有的内凹结构，提高液滴输运稳定性的同时，减少了输运过程中受到的干扰，提高液滴输运效率。输运效率。输运效率。

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片及其应用


[0001]本专利技术涉及微流体芯片
，具体涉及到一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片及其应用。

技术介绍

[0002]蛋白质检测技术在临床医学诊断、食品安全及检验检疫等领域有着重要应用。近年来，微流控生物芯片系统等微型反应器快速发展，并应用到了蛋白质定性定量检测中，使得生物分析检测更加灵敏便捷。相对于传统的双缩脲比色法、凯氏定氮法、Folin一酚法和考马斯亮蓝法等检测方法，微流控生物芯片检测消除了人工操作产生的误差，其检测手段更加智能化；且相对于上述检测方法使用的试管、比色皿和孔板等，待测试剂用量(传统手段用量至少为几百微升)有了较为明显的减少，反应量降至微升乃至纳升量级。然而，微流控生物芯片在蛋白质定性定量检测中的应用还不完全成熟，主要体现在：
[0003]1、封闭的微流控生物芯片的分析检测环境是苛刻的，我们要求分析环境时长保持干燥状态避免影响分析结果，而液体下落撞击表面和运动的状态不可避免的会产生微小液滴的飞溅。
[0004]2、超疏水通道的引用虽然减少了试剂的用量，但理论上也减少了表面的稳定性，当液滴在表面上发生润湿态的转变时，这个过程是不可逆的，有时甚至会损坏微流控生物芯片。
[0005]可见，目前对蛋白质进行定性和定量检测的方法有微量样本的准确操控并非易事。近年来，研究者利用了光、电、磁、振动等外场刺激来引导和控制液滴产生方向性的运动，然而，这些额外的驱动设备增加了微流控芯片的复杂程度，外场产生的液滴运动往往需要额外设备与其配合，增加了制造成本。成为当前微流控生物芯片亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片及其应用，是利用微液滴的自输运可以依靠材料表面能量梯度，以操控表面这一特点，通过设置的疏水性微通道及结构设计产生能量梯度实现液滴自输运，无需设置微阀微泵等结构，节约实验成本，通过亲水基底设置，使分析环境长时间保持干燥，避免污染与残留，增加检测结果的准确性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，包括：亲水性基底、疏水性微流体通道和封装片；
[0009]所述亲水性基底包括由自下而上依次层叠的基片、亲水储层和纳米级薄疏水盖层，将亲水性基底上表面划分为大小不同的两个区域，并将较小区域作为测样区；
[0010]所述疏水性微流体通道设置在亲水性基底上较大区域上，并与亲水性基底贴合固定，其长度与该区域等长；疏水性微流体通道的截面为“T”型，共有多条；沿液滴输运方向：
疏水性微流体通道的宽度和/或相邻两个疏水性微流体通道之间的间距逐渐减小，或疏水性微流体通道宽度及相邻两个疏水性微流体通道之间的间距均相等；
[0011]所述封装片设于疏水性微流体通道的上方，并延伸至测样区域上方，其底面至疏水性微流体通道顶面的垂直距离为5～11mm；封装片上设两个贯穿封装片的通孔，其中一个通孔作为进样口，开设在疏水性微流体通道的上方，另一个通孔作为测样口，开设在测样区域的上方。
[0012]进一步的，当疏水性微流体通道宽度及间距均相等时，需先采用液滴多次撞击纳米级薄疏水盖层表面，以使其形成电荷梯度。
[0013]进一步的，所述亲水性基底的基片为玻璃基片，亲水储层为壳聚糖D
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葡萄糖胺(CHI)和羧甲基纤维素(CMC)交替的聚合物薄膜；其制备采用静电自组装法，逐层交替沉积CHI和CMC。
[0014]更进一步的，所述聚合物薄膜厚度根据CHI/CMC双分子层数进行微调，所述CHI/CMC双分子层数为20～40层，聚合物薄膜厚度为1200～2400nm。
[0015]进一步的，所述纳米级薄疏水盖层为采用分层组装法沉积在亲水储层的二氧化硅纳米颗粒。
[0016]进一步的，为提升输运过程的稳定性；所述疏水性微流体通道由一个支撑结构和设于支撑结构顶面的台面组成，且台面的宽度大于支撑结构的宽度，以使台面与支撑结构的连接处形成液滴悬挂点的内凹结构。
[0017]更进一步的，所述内凹结构为台面顶部与台面侧壁形成的转角，转角角度为0～180度。
[0018]更进一步的，所述疏水性微流体通道按照如下步骤制作在亲水性性基底上：
[0019]a1、采用光刻工艺在光刻胶上制备多条疏水性微流体通道模板；
[0020]a2、向疏水性微流体通道模板中注入聚二甲基硅氧烷(PDMS)，并依次通过固化、翻转、分离，得到反向的疏水性微流体通道PDMS微井；
[0021]a3、将聚氨酯甲基丙烯酸酯(PFPE)的预聚物填充到PDMS微井中，将其与注入了硅油的亲水性基底充分接触贴合，去除多余的PFPE，随后经紫外线光固化、分离冲洗、干燥后，成功将疏水性微流体通道转移到亲水性性基底上。
[0022]利用上述一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片对牛血清白蛋白分子进行快检测，包括如下步骤：
[0023]步骤b1、将0.01g/mL硫酸铜的酒石酸钾钠溶液加入到0.1g/mL氢氧化钠溶液中，摇匀后获得双缩脲试剂；
[0024]步骤b2、分别取10μL双缩脲试剂和10μL待测蛋白质溶液分别置于自驱动的稳定检测的微流控生物芯片的进样口以及测样口处，通过自驱动的方式使双缩脲试剂自发地向待测蛋白质溶液移动并混合；
[0025]步骤b3、观测或测量液滴在分析前后的变化，进行定性及定量/半定量分析。
[0026]进一步的，所述步骤b3使用紫外
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可见分光光度计测量液滴在分析前后的变化。
[0027]本专利技术提供的一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，是利用微液滴的自输运可以依靠材料表面能量梯度，以操控表面这一特点，通过疏水性微通道或结构设计产生能量梯度实现液滴自输运。能量梯度的构建方式为：疏水性微流体通道的宽度和/或相邻两个
疏水性微流体通道之间的间距逐渐减小的设计，构筑出浸润性梯度表面；或通过亲水基底上位于较大区域的二氧化硅纳米颗粒，在液滴的撞击下，形成的电荷梯度，以此控制液滴产生方向性运动。通过疏水性微流体通道的两个侧壁特有的内凹结构，提高液滴输运稳定性的同时，减少了输运过程中受到的干扰，提高液滴输运效率。
[0028]此外，将基底设计为透明的亲水基底，能使分析环境长时间保持干燥，避免污染与残留，增加检测结果的准确性，为在更恶劣的环境挑战中要求的高光学透明度的传感器和显示器制备光学涂层提供新的途径。
[0029]与现有技术相比，本专利技术仅通过能量梯度的构建，即可实现液滴自输运，无需设置微阀微泵等结构，节约了实验成本，同时其反应腔四周为密封状态，也具有防蒸发、防融合效果好等优点。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术的亲水性基底及疏水性微流体通道的制备流程图；
[0032]图3为实施例1的通过浸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，包括：亲水性基底、疏水性微流体通道和封装片，其特征在于：所述亲水性基底包括由自下而上依次层叠的基片、亲水储层和纳米级薄疏水盖层，将亲水性基底上表面划分为大小不同的两个区域，并将较小区域作为测样区；所述疏水性微流体通道设置在亲水性基底上较大区域上，并与亲水性基底贴合固定，其长度与该区域等长；疏水性微流体通道的截面为“T”型，共有多条；沿液滴输运方向：疏水性微流体通道的宽度和/或相邻两个疏水性微流体通道之间的间距逐渐减小，或疏水性微流体通道宽度及相邻两个疏水性微流体通道之间的间距均相等；所述封装片设于疏水性微流体通道的上方，并延伸至测样区域上方，其底面至疏水性微流体通道顶面的垂直距离为5～11mm；封装片上设两个贯穿封装片的通孔，其中一个通孔作为进样口，开设在疏水性微流体通道的上方，另一个通孔作为测样口，开设在测样区域的上方。2.如权利要求1所述的一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，其特征在于：当疏水性微流体通道宽度及间距均相等时，需先采用液滴多次撞击纳米级薄疏水盖层表面，以使其形成控制液滴定向运动的电荷梯度。3.如权利要求1或2所述的一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，其特征在于：所述亲水性基底的基片为玻璃基片，亲水储层为CHI和CMC交替的聚合物薄膜；其制备采用静电自组装法，逐层交替沉积CHI和CMC。4.如权利要求3所述的一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，其特征在于：所述聚合物薄膜厚度根据CHI/CMC双分子层数进行微调，所述CHI/CMC双分子层数为20～40层，聚合物薄膜厚度为1200～2400nm。5.如权利要求1或2所述的一种自驱动的稳定检测的微流控生物芯片，其特征在于：所述纳米级薄疏水盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓升，谭尧，张新然，夏易璇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：