一种微流体芯片加工方法

文档序号:1789726 发布日期:2021-11-05 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 一种微流体芯片加工方法 (Microfluid chip processing method ) 是由 翁岳衡 于 2021-08-17 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种微流体芯片加工方法,包括下述操作步骤:a.材料选取;b.材料清洗;c.材料剪裁;d.材料检测;e.通道加工;f.功能结构加工;g.洗脱残渣;h.其他功能加工;i.等比缩小;j.测量检测;k.包装;所述方法采用热缩片作为加工材料,通过选取表面需要光滑无裂纹、刮痕等的材料,通过雕刻、打磨、电镀、印刷等方法加工获得具有各种功能的微流控芯片。本发明的有益效果是:该微流体芯片加工方法,利用热缩片加热缩小的固有特性以较低成本较高误差的方法加工高精度的微流控芯片,实现了更低成本的热缩片微流控芯片开发与生产,热缩片微流控芯片的制备成功,意味着微流控芯片在价格上与大型仪器的对比中逐渐产生优势。(The invention relates to a microfluid chip processing method, which comprises the following operation steps: a. selecting materials; b. cleaning materials; c. cutting the material; d. detecting materials; e. processing a channel; f. processing a functional structure; g. eluting the residue; h. processing other functions; i. scaling down in equal proportion; j. measuring and detecting; k. packaging; the method adopts the thermal shrinkage sheet as a processing material, selects the material with smooth surface without cracks, scratches and the like, and processes the material by methods of carving, polishing, electroplating, printing and the like to obtain the microfluidic chip with various functions. The invention has the beneficial effects that: according to the method for processing the microfluidic chip, the high-precision microfluidic chip is processed by a method with low cost and high error by utilizing the inherent characteristic of heating shrinkage of the heat shrinkage sheet, development and production of the heat shrinkage sheet microfluidic chip with low cost are realized, and the successful preparation of the heat shrinkage sheet microfluidic chip means that the microfluidic chip gradually generates advantages in comparison with a large instrument in price.)

一种微流体芯片加工方法

技术领域

本发明涉及微流体电泳芯片技术领域,具体为一种微流体芯片加工方法。

背景技术

在生命科学或化学实验中常有对流体的物理及化学操作,为此实验室应当拥有离心机、震荡器、PCR仪、电泳仪及其他各种实验仪器,还需要在不同的设备中对流体进行移动、混合等操作,但当所获得的试样极其稀少(以微升或纳升计量)或价格比较昂贵时,这样的实验室也不便下手,为此发明的微流控芯片被誉为小型化的实验室,是一种可以处理微量流体或进行检测的系统,通过光蚀刻、雕刻或其他方法在基板上制得微米大小的通道、阀门、分液器、离心机或其他机构进而控制目的流体的流动、分离、混合、反应或控制其温度变化。为生物及化学研究提供一种精确、微量、廉价的实验方法并减少物料的消耗,以硅或二氧化硅为材质的微流控芯片是技术最成熟使用最广泛的,可以利用常见的平面加工技术如精密光刻、蚀刻等技术加工,也可以仅通过有机材料进行微加工制备。

目前普遍使用的微流控芯片全部依赖于光蚀刻,光刻的大致原理是通过一系列光学系统将图样等比例缩小投影在基片上,由于涂布在基片上的感光胶感光产生反应在基片上形成图样,经过洗脱后暴露需要蚀刻的部分,在蚀刻剂的作用下未被感光胶掩蔽的部分产生沟道获得目的产品。由于需要加工微米级通道,光蚀刻几乎是不可代替的,定制或购买的价格使得二氧化硅或硅载体的微流体电泳芯片的普及性受到限制,而聚丙烯酰胺电泳设备的效率低、耗材高,操作复杂、操作中用到的染色材料具有一定致癌性,相对于微流控芯片电泳的可重复性也较差的问题。

所以需要针对上述问题设计一种微流体芯片加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流体芯片加工方法,以解决上述背景技术中提出目前普遍使用的微流控芯片全部依赖于光蚀刻,光刻的大致原理是通过一系列光学系统将图样等比例缩小投影在基片上,由于涂布在基片上的感光胶感光产生反应在基片上形成图样,经过洗脱后暴露需要蚀刻的部分,在蚀刻剂的作用下未被感光胶掩蔽的部分产生沟道获得目的产品。由于需要加工微米级通道,光蚀刻几乎是不可代替的,定制或购买的价格使得二氧化硅或硅载体的微流体电泳芯片的普及性受到限制,而聚丙烯酰胺电泳设备的效率低、耗材高,操作复杂、操作中用到的染色材料具有一定致癌性,相对于微流控芯片电泳的可重复性也较差的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种微流体芯片加工方法,包括下述操作步骤:a.材料选取;b.材料清洗;c.材料剪裁;d.材料检测;e.通道加工;f.功能结构加工;g. 洗脱残渣;h.其他功能加工;i.等比缩小;j.测量检测;k.包装;

所述a.材料选取:选取热缩片作为加工材料,选取表面需要光滑无裂纹、刮痕等的材料。

所述b.材料清洗:把选取的材料放置到专用的洗涤液进行清洗,然后再对材料进行干燥处理。

所述c.材料剪裁:通过裁剪机器对材料进行剪裁,使材料剪裁到指定大小。

所述d.材料检测:选取材料上截取下来的边角料,然后使用检测机器对边角料进行检测。

优选的,所述e. 通道加工:通过CNC雕刻等方法,在材料上加工设计的微流体结构。

优选的,所述f.功能结构加工:通过磨床打磨、CNC雕刻或其他方法在材料上加工易修饰粗糙面、导电丝安置槽或其他结构。

优选的,所述h.洗脱残渣:然后把加工完成后的材料放置到专用的机器中进行洗脱残渣。

优选的,所述i.等比缩小:对加工完成后的材料进行加热并配合试样通道及上盖获得等比缩小的微流体结构。

优选的,所述i.等比缩小:对加工完成后的材料进行加热并键合上盖获得等比缩小的微流体通道。

优选的,所述j.测量检测:使用微型测量仪器对设备加工完成后的成品进行测量,从而确定成品加工是否合格。

所述k.包装:然后把合格的成品安装或者固定到指定位置,通过包装机器对成品进行包装。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1、利用热缩片的收缩特性,制作热缩片微流孔电泳芯片来代替以二氧化硅或硅为蚀刻基质的常规微流体电泳芯片,利用热缩片加热缩小的固有特性以较低成本较高误差的方法加工高精度的微流控芯片,在保证微流控芯片功能的情况下,实现了更低成本的热缩片微流控芯片开发与生产,从成本的角度考虑,热缩片微流控芯片的制备成功,意味着微流控芯片在价格上与大型仪器的对比中逐渐产生优势,进而在市场中更加普及化、实用化。

具体实施方式

本发明提供一种技术方案:一种微流体芯片加工方法,包括下述操作步骤:选取热缩片作为加工材料,选取表面需要光滑无裂纹、刮痕等的材料。把选取的材料放置到专用的洗涤液进行清洗,然后再对材料进行干燥处理。通过裁剪机器对材料进行剪裁,使材料剪裁到指定大小。选取材料上截取下来的边角料,然后使用检测机器对边角料进行检测。通过CNC雕刻等方法,在材料上加工设计的微流体结构。并通过磨床打磨、CNC雕刻或其他方法在材料上加工易修饰粗糙面、导电丝安置槽或其他结构。然后把加工完成后的材料放置到专用的机器中进行洗脱残渣。对加工完成后的材料进行加热并配合试样通道及上盖获得等比缩小的微流体结构。使用微型测量仪器对设备加工完成后的成品进行测量,从而确定成品加工是否合格。最后通过包装机器对成品进行包装。

利用热缩片的收缩特性,制作热缩片微流孔电泳芯片来代替以二氧化硅或硅为蚀刻基质的常规微流体电泳芯片,利用热缩片加热缩小的固有特性以较低成本较高误差的方法加工高精度的微流控芯片,在保证微流控芯片功能的情况下,实现了更低成本的热缩片微流控芯片开发与生产,从成本的角度考虑,热缩片微流控芯片的制备成功,意味着微流控芯片在价格上与大型仪器的对比中逐渐产生优势,进而在市场中更加普及化、实用化。

微流控芯片在生物领域被诸多学者关注,并有着多种研究与应用,例如吴坚等人的研究中通过微流控体系来控制的实时PCR装置,还有学者在PCR等温扩增中也尝试以微流控芯片作为主要结构等,目前微流控芯片已经广泛的应用于PCR扩增中,在检测中,微流控芯片可以对肿瘤细胞进行捕获和分析,可以进行对肿瘤细胞进行快速有效的筛查,其他单细胞的分离和捕获等操作在微流控芯片中也有一定的可能性,在未来或许会促使细胞层面的生物研究获得突破性的进展,在新冠病毒的检测中,微流控技术和微流控芯片已经较为成熟,司朝霞等学者对这一方面进行了详尽的阐述,除了生物领域之外,微流控芯片在液滴打印、生物三维打印等打印技术上都有应用,并在其他如食品工程、环境检测、刑事军事等多个领域均发挥着重要作用;热缩片微流控芯片在对高度集成化的芯片中,进出所需的通道非常多时按照下述方法:已知管道直径时(无论是塑料还是金属),可以由预先得出的收缩率加工一个过盈配合的通孔,收缩率是1.85/1,这使得在热缩片上加工一个1.9mm直径的通孔并插入1.1mm外径的针头后热缩就可以获得一个稳定的连接,由于在热缩时受到阻碍会发生皱褶,可以在针头四周形成一个突起的台体,使得这种连接相当紧密,但褶皱会破坏通道形状,在设计时应当将样液口与功能区相互远离,就可以加工出廉价稳定地加工这类通道,采用相同的方法,也可以轻松的镶嵌诸如玻璃透窗或其他功能部件。

工作原理:选取热缩片作为加工材料,通过CNC雕刻或其他方法在材料上加工微流控芯片的结构,由于热缩片的热收缩特性,在未收缩前加工出粗糙的表面,通过丝印,打印(实践证明在小批量生产时打印法最简单实用),甚至是手绘在其表面用石墨粉、纳米银或者导电墨水加工图样,在热缩后就会固着形成电极或电路,由于石墨的惰性,具有良好的生物相容性,特别适合用来加工直接接触试剂的各类电极,对于较长的或对电阻要求较高的部分电路,在雕刻加工时刻适宜宽度的槽并至入铜丝(例如在板上加工一道0.2mm的槽,至入一根0.17mm的铜丝或漆包线),在热缩时铜丝将紧紧嵌入载板,形成电阻低绝缘高的电路,如果镶入的是漆包线,甚至可以进行数千伏的高压电泳,存在多种需要预制的固定化试剂的微流体芯片,例如在内表面固定某些抗体或其他有生物活性的物质以进行富集工作,可以利用热缩片的收缩特性将某些物质稳定的固着在载板上,或者加工不同粗糙度的表面,实现一些特定的流体力学功能,在微流控芯片的应用中,常常通过一些特定的通道结构实现包括离心,梯度进样,混合等等功能,使用热缩片加工微流控芯片时,除了实现上述功能外,还可以利用热缩片的收缩性和弹性制造微小的三维结构,例如使用一定尺寸的刮刀将热缩片加工出较大的毛刺,当加热收缩后,毛刺将急剧缩小并顺加工方向形成倒钩,这样加工出的表面布满了细密的倒钩,可以轻松富集T细胞,并且极易靠反向来流洗脱,或者加工较大但密集的盲孔,当收缩后在通道中形成蜂窝状的深盲孔(深盲孔是光刻法很难实现的),可以用于沉淀法分离或药物缓释。

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