一种用于可控筛选流体中粒子的微反应器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种用于可控筛选流体中粒子的微反应器的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着微型化技术的发展，许多微系统被应用到化工、生物医学、集成电子电路等领域，具有重要的应用前景。近年来，微反应器的概念也被提出，与常规意义上的化学反应器不同，微反应器不是一般具体的机械设备，它是指利用微加工技术制造的特征尺寸在微米级的微型反应器，包括应用于换热、混合和分离等各种功能的高度集成的微反应系统。微反应器通常是微纳米材料或具有微纳米结构的物质，它们提供了一种微纳米尺度的空间，使反应受限于该微小空间范围内，通过控制纳米反应器的尺寸、材质和其它因素可以获得具有特殊结构和性能的产物。微反应器在分析化学、分子生物学、药物化学、高分子化学都有潜在的应用。
[0003]在涉及粒子或细胞的研究领域中，经常需要借助于微反应器实现对不同种类微粒或细胞的输入粒子有针对性地筛选与分离。现有的对微纳米级粒子进行分离的方法主要分为接触式分离和非接触式分离两大类。其中，接触式分离方法具有以下特点:其分离过程中具有不连续性;在分离过程中需要添加其他外来材料，可能影响被分离粒子的纯度及本身特性;而非接触式的分离方法具有以下特点:不需要添加其他材料，可避免分离过程中引入污染;可以实现连续操作，不影响微粒的本身属性，并使微粒仍处于悬浮状态以确保后续使用。
[0004]目前微反应器筛选分离微粒的方法有:介电泳方法、缓冲微阵列方法、超声分离方法、电泳方法、磁泳分离方法等。其中，介电泳方法分离对象为电中性微粒，局限性是被分离微粒的介电常数必须不同于微粒周围液体介质的介电常数;缓冲微阵列方法原理是依赖于微粒尺寸的不同实现微粒的分离或收集。通过在微流道中制造精密的微结构，可使体积较大的粒子在外力作用下流向不同于体积较小微粒的出口；超声分离方法局限性是粒子的密度和可压缩率须不同于其周围介质的密度和可压缩率。当微粒的密度与可压缩率与周围介质的密度与可压缩率成一定比率时，可实现微粒的分离或操纵。电泳方法利用不同电性的粒子在电场中运动方向不同的特性对微粒进行分离。这种方法缺点是需要对工作电极施加几十到上千伏的较高电压。强电场可能对生物粒子的特性造成影响;磁泳分离方法是通过添加表面涂覆有抗体介质的磁性微粒，从而与目标微粒相结合，以实现分离的目的。这种分离方法缺点在于需要引入磁性微粒，并且在高梯度磁场中进行，对微粒的选择性高。
[0005]现阶段，相关此类微反应器分离筛选粒子的研究报道中，微反应器在筛选粒子过程中，存在以下问题:需要依赖于外力操纵粒子，不能主动筛选粒子；引入的外场如电场对所要筛选分离的粒子特性有影响;对筛选分离的粒子及液体介质的特性有限制；需要引入其他材料等。这些问题限制了微反应器筛选分离粒子的使用范围、纯度以及筛选效率。要实现高效、高纯度以及主动式可控筛选粒子，必须设计一种新型的可控筛选粒子的微反应器。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于可控筛选流体中粒子的微反应器的制备方法，微反应器实现了对粒子进行主动式筛选，极大提高了微反应器的筛选效率以及适用范围，同时微反应器中筛选系统的结构可以调控，实现对不同粒子的筛选分离。
[0007]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0008]一种用于可控筛选流体中粒子的微反应器的制备方法，包括以下步骤:
[0009]I)通过光刻、干法刻蚀以及翻模工艺制造微米级锥形瓶状孔阵列聚合物分离薄膜，聚合物分离薄膜包括上聚合物分离薄膜和下聚合物分离薄膜；
[0010]2)在聚合物分离薄膜上通过覆盖工艺获取微米级锥形瓶状孔阵列区域的掩蔽层；
[0011]3)通过微波处理掩蔽后的聚合物分离薄膜，微波处理参数为:氧气压强0.2-0.5MPa，微波功率80-120W，处理时间20_60s，表面处理后，去除掩蔽层；
[0012]4)通过键合机实现上聚合物分离薄膜和下聚合物分离薄膜的键合，在分离薄膜微米级锥形瓶状孔阵列区域以外的区域施加压力，键合参数为:温度80_100°C，施加压力5-10Kg，时间为6-10min，得到膜系；
[0013]5)在键合后的膜系两端安装气控系统，得到微反应器；
[0014]6)通过调控气控系统的充气和排气的流量以及保持时间，获得微反应器中分离薄膜上微米级锥形瓶状孔有规律的收缩，实现微反应器主动捕获筛选流体中的粒子。
[0015]所述的步骤I)聚合物分离薄膜材料为PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PUA(聚氨酯-聚丙烯酸酯)。
[0016]所述的步骤I)聚合物分离薄膜中微米级锥形瓶状孔大端直径D= 20-300ym、小端直径 d = 4_50ym、深度 Η=50-300μηι、中心距 s = 20_500ym。
[0017]所述的步骤2)中掩蔽层材料为光敏树脂或PET薄膜。
[0018]所述的步骤3)中通过溶解光敏树脂或剥离PET薄膜去除掩蔽层。
[0019]所述的步骤6)中气控系统调控参数为氮气充气流量10_50sccm，排气流量50-lOsccm，保持时间 0.1-5s。
[0020]本发明的优点在于:
[0021]通过微纳制造技术制造微米级锥形瓶状孔阵列聚合物微反应器，密集的微米级锥形瓶状孔阵列聚合物微反应器有效的增大了比表面积，提高了流体中粒子与微反应器碰触的概率，从而实现粒子地快速高效筛选分离;通过气控系统调控微米级锥形瓶状孔阵列聚合物微反应器的孔径大小实现有选择性的对流体中粒子进行筛选分离，同时大大提高同一微米级锥形瓶状孔阵列聚合物微反应器的使用范围；通过气控系统调控微米级锥形瓶状孔阵列聚合物微反应器孔径收缩的时间，实现对分离粒子数量的控制，同时也可以实现不同粒径不同数量粒子的混合;此外，该微反应器采用弹性优良的聚合物，可以便于实现对其孔径的精确调控。
【附图说明】
[0022]图1是微米级锥形瓶状孔阵列聚合物分离薄膜示意图，1(a)是上聚合物分离薄膜和下聚合物分离薄膜示意图，I (b)是微米级锥形瓶状孔截面示意图。
[0023]图2是上聚合物分离薄膜和下聚合物分离薄膜的微米级锥形瓶状孔阵列区域的掩蔽示意图。
[0024]图3是掩蔽后的上聚合物分离薄膜和下聚合物分离薄膜表面微波处理示意图。
[0025]图4是聚合物分离薄膜的键合示意图，4(a)施加力以及加热示意图，4(b)是键合后得到的膜系示意图。
[0026]图5是气控系统不意图，5(a)是管子不意图，5(b)是塞子不意图，5(c)是管子和塞子构成的气控系统示意图。
[0027I图6是微反应器示意图。
[0028]图7是调控微反应器主动捕获筛选流体中的粒子示意图，7(a)、7(d)、7(g)是未变形锥形瓶孔示意图，7(13)、7(幻、7(1!)是充气后增大的锥形瓶孔示意图，7((3)、7(0、7(1)是捕获粒子后的锥形瓶孔示意图。
[0029]图8是调控微反应器主动捕获混合流体中的粒子示意图，8(a)、8(d)、8(g)是未变形锥形瓶孔示意图，8(13)、8(幻、8(1!)是充气后增大的锥形瓶孔示意图，8((3)、8(0、8(1)是捕获粒子后的锥形瓶孔示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0031]实施例1
[0032]本实施例是对溶液中不同粒径的S12粒子进行筛选分离以及混合，首先配制含有粒径5μπι、ΙΟμ??、15μπι的S12粒子溶液，三种粒径的浓度都是0.005mol/L，然后把制作的微反应器置于含有溶液的容器中。
[0033 ] 一种用于可控筛选流体中粒子的微反应器的制备方法，包括以下步骤:
[0034]I)参照图1(a)，通过光刻、干法刻蚀以及翻模工艺制造微米级锥形瓶状孔阵列聚合物分离薄膜，聚合物分离薄膜包括上聚合物分离薄膜1-1和下聚合物分离薄膜1-2，聚合物分离薄膜的材料为PDMS;参照图1(b)，所述聚合物分离薄膜中的微米级锥形瓶状孔的尺寸为:大端直径D = 2 Oym、小端直径d = Am、深度H=50μηι、中心距s = 2 Oym ；
[0035]2)参照图2，在上聚合物分离薄膜1-1和下聚合物薄膜1-2表面通过涂覆光敏树脂，并通过图形化光敏树脂工艺获取上聚合物分离薄膜1-1和下聚合物薄膜1-2的微米级锥形瓶状孔阵列区域的光敏树脂掩蔽层2-1和2-2;
[0036]3)参照图3，通过微波3对具有光敏树脂掩蔽层2-1和2-2的上聚合物分离薄膜1-1和下聚合物薄膜1-2进行处理;微波3处理参数为:氧气压强0.2MPa，微波功率80W，处理时间20s，表面处理后，通过溶解光敏树去除光敏树脂掩蔽层2-1和2-2;
[0037]4)参照图4(a)，通过键合机实现上聚合物分离薄膜1-1和下聚合物分离薄膜1-2的键合，压力施加位置为聚合物分离薄膜的非孔区域;键合参数为:温度4为80°C，施加压力5为5Kg，时间为6min，参照图4(b)，得到膜系6 ；
[0038]5)在键合后的膜系6的两端