一种微流控芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片包括上下芯片单元，芯片单元的表面包括储液孔、与储液孔连通的流体通道和与流体通道连通的微通道，两芯片单元相互贴合并将微通道封闭在两芯片之间，所述微流控芯片还包括微阀，微阀主体为形成在微通道上的阵列式排列的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、三维微米或三维纳米结构；所述聚合物具有在外场作用下能够对外场产生特定响应，特定响应为聚合物的表面化学组成、上述结构及表面性能中的一种或几种的可逆性转变，从而实现对微通道中微流体的流动状态的可控操作。本发明专利技术的微流控芯片中的微阀是原位制备并微型化于微流控芯片上，可实现对微流体的流动的开关渐变控制及开关的快速可逆性转变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，微流控芯片作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、便捷 和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛的应用，例如，细胞生物学、分析化学、环境监测 与保护、司法鉴定、药物合成筛选、材料学和组织工程学等领域。在微流控芯片中，微量液体 的精确进样是样品处理和分析的关键，例如，微流控芯片电泳分离、色谱分离、免疫分析中 就需要这样的操作，这是由于微流控芯片的特点就要对微观尺度下的微流体进行操作和控 制，而作为操作和控制对象的流体量又极其微小，导致微流体的流动特性与宏观有很大的 不同，在宏观尺度下可以忽略的现象在微观尺度下成为流体流动的主要影响因素，尤其是 在微流体流速小到纳升/分钟时，传统的机械阀或机械泵就不能满足实际应用的要求。对微流控芯片中微流体流动的控制可通过微阀来实现。近年来，随着微流控芯片 技术的发展和成熟，研发出了很多方法和器件，在一定程度上实现了对微流控芯片中微流 体流动的控制，但同时也存在一定的局限性。根据微阀是否有动力驱动机构分为有源阀和 无源阀，有源阀包括电磁微阀、静电微阀、形状记忆合金微阀、压电微阀和热气动微阀等，这 类微阀可以实现阀的开和关，制动性能较好、密闭性高，但缺点是结构复杂、体积大、难以实 现在微流控芯片上的集成化。而无源阀不需要外部动力制动，依靠阀两侧的压力差来实现 阀的开关，且体积较小，但无源阀不能主动进行阀的开、关或切换。目前，也有一些利用无源 阀对微流体的驱动和控制的研究，但其技术方案多集中在对构成无源阀材料的修饰层分子 构型的物理响应，例如，修饰层是凝胶，凝胶可以在温度或流经无源阀的微流体PH变化下 进行响应，但制备过程复杂、条件苛刻等因素限制了它们的应用，而且，现有的研究只是单 纯地实现无源微阀的开和关，而不能实现无源微阀的开关渐变控制以及开关的快速可逆性 转变。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的实现控制微流控芯片中微流体的无源微阀不能 实现开关渐变控制以及开关的快速可逆性转变，从而提供一种可实现微阀开关渐变控制以 及开关的快速可逆性转变的微流控芯片。本专利技术的再一目的是提供一种制备方法及条件简单的微流控芯片的制备方法。本专利技术的微流控芯片包括上芯片单元和下芯片单元，所述上芯片单元和/或下芯 片单元的表面包括储液孔、与储液孔连通的流体通道和与流体通道连通的微通道，上芯片 单元与下芯片单元相互贴合并将微通道封闭在上芯片单元与下芯片单元之间；其中，所述 微流控芯片还包括微阀，所述微阀为形成在微通道上的阵列式排列的聚合物的三维微米和 三维纳米分级结构、阵列式排列的聚合物的三维微米结构、阵列式排列的聚合物的三维纳 米结构中的一种；所述聚合物具有在外场作用下能够对外场产生特定响应，所述特定响应为聚合物的表面化学组成、聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、聚合物的三维微米结 构、聚合物的三维纳米结构以及聚合物的表面性能(如浸润性变化亲水性-疏水性之间， 或亲油性-疏油性)中的一种或几种的可逆性转变，从而能够实现对微通道中微流体的流 动状态的可控操作。所述外场选自光、电、温度、微流体的pH值和微流体的离子强度中的一种或几种。所述聚合物的表面化学组成的可逆性转变，如是聚合物的氧化态与还原态之间的 可逆性转变。所述的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构的可逆性转变，如是聚合物的三维 纳米尺度的结构向三维微米尺度的结构进行变化后再变化回三维纳米尺度的结构的可逆 转变，以及三维微米尺度的结构向更大尺度的三维微米尺度的结构进行变化后再回到原三 维微米尺度。所述的聚合物的三维微米结构的可逆性转变，如是聚合物的三维微米尺度的结构 向更大尺度的三维微米尺度的结构进行变化后再回到近似于原三维微米尺度。所述的聚合物的三维纳米结构的可逆性转变，如是聚合物的三维纳米尺度的结构 向更大尺度的三维纳米尺度的结构进行变化后再回到近似于原三维纳米尺度。所述的聚合物的表面性能的可逆性转变，如是聚合物的亲水性与疏水性之间或亲 油性与疏油性之间的可逆性转变。所述的聚合物的亲水性与疏水性之间的可逆性转变是聚合物的超亲水性与超疏 水性之间的可逆性转变，所述的聚合物的亲油性与疏油性之间的可逆性转变是聚合物的超 亲油性与超疏油性之间的可逆性转变。所述形成在微通道上的阵列式排列的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、阵 列式排列的聚合物的三维微米结构、或阵列式排列的聚合物的三维纳米结构的体积都是占 整个微通道总容积的60-90%。所述阵列式排列的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的聚合物 的三维微米结构、或阵列式排列的聚合物的三维纳米结构都可为纳米线阵列结构、三角形 阵列结构、乳突形阵列结构和齿轮形阵列结构中的一种或几种。所述储液孔、流体通道和微通道优选形成在下芯片单元的表面，所述微阀形成在 该微通道上。所述聚合物选自偶氮苯聚合物、聚吡咯、聚苯胺、聚异丙基丙烯酰胺、聚异丙基甲 基丙烯酰胺、聚丙烯酸凝胶和聚氨酯水凝胶等中的一种或几种。本专利技术的微流控芯片的制备方法包括以下步骤(1)将上芯片单元与下芯片单元相互贴合，所述上芯片单元和/或下芯片单元的 表面包括储液孔、与储液孔连通的流体通道和与流体通道连通的微通道，所述微通道的表 面形成有阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵 列式排列的三维纳米结构中的一种，所述贴合的方式使微通道封闭在上芯片单元与下芯片 单元之间；所述上芯片单元和/或下芯片单元的制备方法包括在上芯片单元和/或下芯片单 元的基材表面形成储液孔、流体通道和微通道，使所述储液孔与所述流体通道连通，所述微 通道与所述流体通道连通；然后在所述微通道表面形成阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳米结构中的一种；(2)向微通道中导入聚合物单体溶液，使聚合物单体在步骤(1)形成的阵列式排 列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳 米结构的表面相对应的聚合形成阵列式排列的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、阵 列式排列的聚合物的三维微米结构、或阵列式排列的聚合物的三维纳米结构，由此形成微 阀；所述聚合物具有在外场作用下能够对外场产生特定响应，所述特定响应为聚合物的表 面化学组成、聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、聚合物的三维微米结构、聚合物的三 维纳米结构以及聚合物的表面性能(如浸润性变化亲水性-疏水性之间，或亲油性-疏油 性)中的一种或几种的可逆性转变，从而能够实现对微通道中微流体的流动状态的可控操 作。所述外场选自光、电、温度、微流体的pH值和微流体的离子强度中的一种或几种。所述聚合物的表面化学组成的可逆性转变、聚合物的三维微米和三维纳米分级结 构的可逆性转变、聚合物的三维微米结构的可逆性转变、聚合物的三维纳米结构的可逆性 转变及聚合物的表面性能的可逆性转变等如前所述。所述储液孔、流体通道和微通道优选形成在下芯片单元的表面，所述阵列式排列 的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳米 结构形成在该微通道上；所述微阀为相对应的形成在该阵列式排列的三维微米和三维纳米 分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片，该微流控芯片包括上芯片单元和下芯片单元，所述上芯片单元和／或下芯片单元的表面包括储液孔、与储液孔连通的流体通道和与流体通道连通的微通道，上芯片单元与下芯片单元相互贴合并将微通道封闭在上芯片单元与下芯片单元之间，其特征在于：所述微流控芯片还包括微阀，所述微阀为形成在微通道上的阵列式排列的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的聚合物的三维微米结构、阵列式排列的聚合物的三维纳米结构中的一种；所述聚合物具有在外场作用下能够对外场产生特定响应，所述特定响应为聚合物的表面化学组成、聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、聚合物的三维微米结构、聚合物的三维纳米结构以及聚合物的表面性能中的一种或几种的可逆性转变，从而能够实现对微通道中微流体的流动状态的可控操作；所述外场选自光、电、温度、微流体的ｐＨ值和微流体的离子强度中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，该微流控芯片包括上芯片单元和下芯片单元，所述上芯片单元和 /或下芯片单元的表面包括储液孔、与储液孔连通的流体通道和与流体通道连通的微通道， 上芯片单元与下芯片单元相互贴合并将微通道封闭在上芯片单元与下芯片单元之间，其特 征在于所述微流控芯片还包括微阀，所述微阀为形成在微通道上的阵列式排列的聚合物 的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的聚合物的三维微米结构、阵列式排列的聚 合物的三维纳米结构中的一种；所述聚合物具有在外场作用下能够对外场产生特定响应， 所述特定响应为聚合物的表面化学组成、聚合物的三维微米和三维纳米分级结构、聚合物 的三维微米结构、聚合物的三维纳米结构以及聚合物的表面性能中的一种或几种的可逆性 转变，从而能够实现对微通道中微流体的流动状态的可控操作；所述外场选自光、电、温度、微流体的PH值和微流体的离子强度中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述聚合物的表面化学组成的可逆性转 变，是聚合物的氧化态与还原态之间的可逆性转变；所述的聚合物的三维微米和三维纳米分级结构的可逆性转变，是聚合物的三维纳米尺 度的结构向三维微米尺度的结构进行变化后再变化回三维纳米尺度的结构的可逆转变，以 及三维微米尺度的结构向更大尺度的三维微米尺度的结构进行变化后再回到原三维微米 尺度；所述的聚合物的三维微米结构的可逆性转变，是聚合物的三维微米尺度的结构向更大 尺度的三维微米尺度的结构进行变化后再回到原三维微米尺度；所述的聚合物的三维纳米结构的可逆性转变，是聚合物的三维纳米尺度的结构向更大 尺度的三维纳米尺度的结构进行变化后再回到原三维纳米尺度；所述的聚合物的表面性能的可逆性转变，是聚合物的亲水性与疏水性之间或亲油性与 疏油性之间的可逆性转变。3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其中，所述的聚合物的亲水性与疏水性之间的 可逆性转变是聚合物的超亲水性与超疏水性之间的可逆性转变，所述的聚合物的亲油性与 疏油性之间的可逆性转变是聚合物的超亲油性与超疏油性之间的可逆性转变。4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述形成在微通道上的阵列式排列的聚 合物的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的聚合物的三维微米结构、或阵列式排 列的聚合物的三维纳米结构的体积占整个微通道总容积的60-90%。5.根据权利要求1、2或4所述的微流控芯片，其中，所述阵列式排列的聚合物的三维微 米和三维纳米分级结构、阵列式排列的聚合物的三维微米结构、或阵列式排列的聚合物的 三维纳米结构为纳米线阵列结构、三角形阵列结构、乳突形阵列结构和齿轮形阵列结构中 的一种或几种。6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述储液孔、流体通道和微通道形成在下 芯片单元的表面，所述微阀形成在该微通道上。7.根据权利要求1、2或4所述的微流控芯片，其中，所述聚合物选自偶氮苯聚合物、聚 吡咯、聚苯胺、聚异丙基丙烯酰胺、聚异丙基甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸凝胶和聚氨酯水凝胶 中的一种或几种。8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，该方 法包括以下步骤(1)将上芯片单元与下芯片单元相互贴合，所述上芯片单元和/或下芯片单元的表面 包括储液孔、与储液孔连通的流体通道和与流体通道连通的微通道；所述微通道的表面形 成有阵列式排列的三维微...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂富强，江雷，朱道本，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]