专利名称：一种生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片及其加工方法
技术领域：
本发明属于表面化学修饰技术领域，具体涉及一种生物素化的聚二甲基硅氧烷膜 微流控芯片及其加工方法。
背景技术：
聚二甲基硅氧烷(PDMS)，是一种生物兼容性非常好的聚合物材料，是在微加工、微 流控芯片免疫分析、微流控芯片酶反应器或蛋白质-配体相互作用分析应用中非常有吸引 力的材料。在免疫分析、酶反应或蛋白质-配体相互作用分析前需要对PDMS的表面进行衍 生化。与微流控芯片加工材料硅或玻璃相比，PDMS因其相对惰性的Si-C和Si-O-Si键，使 得其表面的衍生化较困难。常用的PDMS衍生化方法有等离子体、紫外光激活或化学蒸镀方 法。PDMS表面经等离子体处理后产生羟基，寿命很短，约为30秒，稳定性差，该衍生化方法 要求试验者进行快速操作；而紫外光激活或化学蒸镀方法操作较复杂。最近，有文献报道了 一种生物素衍生化PDMS的方法，即加入生物素衍生化试剂到固化前的液态PDMS前聚体中， 用生物素基团功能化PDMS表面。这种生物素衍生化方法操作简单，生物素化的PDMS稳定 性好，但迄今为止还没应用于微流控芯片领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片，为后续的 微流控芯片免疫分析、微流控芯片酶反应器或蛋白质-配体相互作用分析等应用奠定了基 石出。本发明提供的一种生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片，具有层状结构，包 括有四层结构，中间两层为生物素化的PDMS膜层，分别为第一生物素化薄膜、第二生物素 化薄膜，第一生物素化薄膜与第二生物素化薄膜连接，外面两层为PDMS支撑层，分别为第 一支撑层、第二支撑层，所述第一支撑层与第一生物素化薄膜连接，所述第二支撑层与第二 生物素化薄膜连接，所述第一生物素化薄膜上具有至少一个微通道。进一步地，连接在一起的第一支撑层和第一生物素化薄膜上具有通孔，通孔位于 微通道的两端。本发明的另一个目的在于提供所述生物素化的PDMS膜微流控芯片的加工方法。 该方法操作简单，生物素化的薄膜稳定性好、与抗生物素类蛋白质结合的特异性高，为后续 的微流控芯片免疫分析、微流控芯片酶反应器或蛋白质-配体相互作用分析等应用奠定了 ■石出。本发明提供的生物素化的PDMS膜微流控芯片加工方法，包括以下步骤(1)制作第一生物素化薄膜将一生物素化PDMS前聚体溶液涂层在一微流控芯片 模具表面，在所述模具表面形成一层第一生物素化薄膜，70-80°C下固化20-40分钟；(2)制作膜微流控芯片顶部PDMS前聚体/环己烷的混合物(质量比1 10)以3000rpm转速被旋转涂层在一载玻片上，形成一层薄膜混合物，将一第一支撑层的表面沾上 该薄膜混合物，置于第一生物素化薄膜上方粘附结合，70-80°C下固化20-40分钟，得到生 物素化膜微流控芯片顶部；(3)剥离将步骤(2)的生物素化膜微流控芯片顶部从微流控芯片模具上剥离，然 后在生物素化膜微流控芯片顶部的通道两端制作通孔，用作储液池，通孔的直径为l_3mm ；(4)组装生物素化膜微流控芯片根据步骤( 的方法，将所述生物素化膜微流控 芯片顶部生物素化薄膜一面沾上按照步骤( 制备的一层薄膜混合物，置于一生物素化膜 微流控芯片底部的生物素化薄膜一面的上方粘附结合，70-80°C下固化20-40分钟，即制作 得到生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片，所述生物素化膜微流控芯片底部由一第二 生物素化薄膜和一第二支撑层组成。进一步地，所述第一支撑层和第二支撑层的制备为将PDMS前聚体倾倒在一玻璃 载玻片上，在70-80°C下固化1-2小时形成一层支撑层，随后从该载玻片剥离，以此方式制
作第一支撑层和第二支撑层。进一步地，所述生物素化的PDMS前聚体溶液的制备为将磷脂生物素的氯仿溶 液加入到PDMS前聚体/正己烷溶液中，得到生物素化的PDMS前聚体溶液，所述PDMS前聚 体与正己烷的质量比为1 2，所述PDMS前聚体/正己烷溶液与磷脂生物素的重量比为 Ig 0. Olmg-Ig 0. 05mgo进一步地，所述生物素化膜微流控芯片底部的制备为生物素化的PDMS前聚体溶 液涂层在第二支撑层上，70-80°C下固化20-40分钟，于第二支撑层上形成一层第二生物素 化薄膜，即得到生物素化膜微流控芯片底部。进一步地，所述第一支撑层、第二支撑层的厚度均为2-5毫米，第一生物素化薄 膜、第二生物素化薄膜的厚度均为40-150微米。进一步地，步骤(3)中还包括在从微流控芯片模具上剥离前，对生物素化膜微流 控芯片顶部进行剪切，使四条边整齐。本发明的方法利用生物素功能化PDMS表面技术以及软光刻技术(soft lithography)加工膜微流控芯片。利用该方法加工的膜微流控芯片具有层迭结构。中间层 为生物素化的PDMS薄膜，承载着微通道；外层为PDMS支撑层，支撑中间生物素化的膜层结 构。制备得到的生物素化膜微流控芯片不需要将整个芯片生物素化，仅对中间薄膜层进行 生物素化，这样节约了生物素化试剂，节约了成本。该方法操作简单、生物素化薄膜稳定性 好，且微通道表面的生物素基团可与抗生物素类蛋白质发生特异性结合，为后续的微流控 芯片免疫分析、微流控芯片酶反应器或蛋白质-配体相互作用分析等应用奠定了基础。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)本发明的生物素化PDMS膜微流控芯片的中间层为生物素化的PDMS薄膜，承载 着微通道，该生物素化PDMS薄膜的厚度为40-150微米，本发明的方法不需要将整个芯片生 物素化，仅对中间薄膜层进行生物素化，可以节约生物素化衍生试剂，节约成本；(2)本发明的操作简单、生物素化薄膜稳定性好，生物素化膜微通道表面的生物素 基团可直接结合抗生物素类蛋白质，特异性高，为后续的微流控芯片免疫分析、微流控芯片 酶反应器或蛋白质-配体相互作用分析等应用奠定了基础。
图1为本发明的生物素化的PDMS膜微流控芯片的结构示意图。图2为本发明的生物素化的PDMS膜微流控芯片的加工方法的工作流程图。
具体实施例方式以下结合具体实例对本发明的一种生物素化的PDMS膜微流控芯片及其加工方法 作进一步的详述。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明要求保护 的范围。在以下实施例中，所采用的PDMS前聚体RTV 615购自Momentive公司(Albany， NY, USA)、憐月旨生物素(1, 2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-biotiny 1)购自Avanti Polar Lipids公司(Alabaster，AL, USA)、微流控芯片模具采用标准光刻 技术(Standa rd photolithography)自制、旋转涂层仪器(型号 WS-400-6NPP-LITE)购 自 Laurell Technologies Corporation 公司(North Wales，PA，USA)、其余试剂(如 SU-8 2050负光阻胶、硅片)均为市售产品。实施例1在本实例中，采用有负光阻胶SU-82050、硅片作为膜微流控芯片模具加工材料， 采用标准光刻技术加工得到膜微流控芯片模具，及采用本发明的生物素化的PDMS膜微流 控芯片加工方法制作了具有层迭结构的生物素化膜微流控芯片。其中，如图1所示，所述 膜微流控芯片具有四层结构，中间两层为生物素化的PDMS膜层，分别为第一生物素化薄膜 11、第二生物素化薄膜12，第一生物素化薄膜11与第二生物素化薄膜12连接；外面两层为 PDMS支撑层，分别为第一支撑层13、第二支撑层14，是膜微流控芯片支撑层，用于支撑生物 素化的膜结构。所述第一支撑层13与第一生物素化薄膜11连接，所述第二支撑层14与第 二生物素化薄膜12连接，所述第一生物素化薄膜11上具有至少一个通道。连接在一起的 第一支撑层和第一生物素化薄膜上具有通孔，通孔位于微通道的两端。生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片加工方法(所述方法流程图如图2所 示)制作生物素化膜微流控芯片支撑层将PDMS前聚体倾倒在一玻璃载玻片上，在 80°C下固化1小时形成一层PDMS支撑层，随后从该载玻片剥离。以此方式制作第一支撑层 13和第二支撑层14，用作生物素化膜微流控芯片的支撑层，第一支撑层13和第二支撑层14 的厚度为2毫米；配制生物素化的PDMS前聚体溶液将10微升lmg/mL磷脂生物素的氯仿溶液加入 到1克PDMS前聚体的正己烷(PDMS前聚体与正己烷的重量比为1 2)溶液中，得到生物 素化的PDMS前聚体溶液；制作第一生物素化薄膜Il(Sl)将自制的微流控芯片模具置于一旋转涂层仪器 上，将配制好的生物素化PDMS前聚体溶液涂层在模具表面，利用旋转涂层仪以300rpm转速 旋转60秒，在模具表面形成一层生物素化的PDMS薄膜，即第一生物素化薄膜11，80°C下固 化20分钟，所形成第一生物素化薄膜11的厚度约40微米；制作生物素化膜微流控芯片顶部(S2) =PDMS前聚体/环己烷的混合物(质量比 1 10)以3000rpm转速被旋转涂层在一载玻片上，形成一层薄膜混合物，将第一支撑层13 的表面沾上该薄膜混合物，然后置于第一生物素化薄膜11上方粘附结合，80°C下固化20分钟，得到生物素化膜微流控芯片顶部；剥离(S3)用手术刀片将生物素化膜微流控芯片顶部从模具上切开并剥离，然后 用2毫米外径的注射针头在生物素化膜微流控芯片顶部微通道的两端制作通孔，用作储液 池，通孔的直径为2mm;制作生物素化膜微流控芯片底部以300rpm转速旋转60秒，将配制好的生物素化 的PDMS前聚体溶液涂层在第二支撑层14上，80°C下固化20分钟，于第二支撑层14上形成 一层厚度约为40微米的第二生物素化薄膜12 (制备第二生物素化薄膜的生物素化的PDMS 前聚体溶液的量与第一生物素化薄膜11的量相同，所述PDMS前聚体/正己烷溶液重量为 lg，磷脂生物素的重量为0. Olmg)，即得到膜微流控芯片底部；组装膜微流控芯片(S4)按照制作膜微流控芯片顶部(S2)的方法，将膜微流控芯 片顶部生物素化薄膜一面沾上按照S2制备的载玻片上的薄膜混合物，置于生物素化膜微 流控芯片底部的生物素化薄膜一面上方粘附结合，80°C下固化20分钟，即制作得到生物素 化的PDMS膜微流控芯片。实施例2在本实例中，采用有负光阻胶SU-82050、硅片作为生物素化膜微流控芯片模具加 工材料，采用标准光刻技术加工得到微流控芯片模具，及采用本发明的生物素化的PDMS膜 微流控芯片加工方法制作了具有层迭结构的生物素化膜微流控芯片。其中，所述生物素化 膜微流控芯片与实施例1的结构相同，具有四层结构，中间两层为生物素化的PDMS膜层；外 面两层为PDMS支撑层，是生物素化膜微流控芯片支撑层，用于支撑生物素化的膜结构。所 述生物素化膜微流控芯片的中间两层的生物素化膜层具有至少一个微通道。生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片加工方法制作生物素化膜微流控芯片支撑层将PDMS前聚体倾倒在一玻璃载玻片上，在 70°C下固化1小时形成一层PDMS支撑层，随后从该载玻片剥离。以此方式制作第一支撑层 13和第二支撑层14，用作生物素化膜微流控芯片的支撑层，第一支撑层13和第二支撑层14 的厚度分别为5毫米；配制生物素化的PDMS前聚体溶液将10微升5mg/mL将磷脂生物素的氯仿溶液加 入到1克PDMS前聚体的正己烷(PDMS前聚体与正己烷的重量比为1 2)溶液中，得到生 物素化的PDMS前聚体溶液；制作第一生物素化薄膜11 (生物素化的PDMS薄膜)(Si)将一微流控芯片模具置 于一旋转涂层仪器上，将配制好的生物素化PDMS前聚体溶液涂层在模具表面，利用旋转涂 层仪以50rpm转速旋转60秒，在模具表面形成一层生物素化的PDMS薄膜，即第一生物素化 薄膜11，70°C下固化20分钟，所形成第一生物素化薄膜11的厚度约150微米；制作生物素化膜微流控芯片顶部(S2) =PDMS前聚体/环己烷的混合物(质量比 1 10)以3000rpm转速被旋转涂层在一载玻片上，形成一层薄膜混合物，将第一支撑层13 的表面沾上该薄膜混合物，然后与第一生物素化薄膜11粘附结合，70°C下固化20分钟，得 到生物素化膜微流控芯片顶部；剥离(S3)用手术刀片将生物素化膜微流控芯片顶部从模具上切开并剥离，然后 用3毫米外径的注射针头在生物素化膜微流控芯片顶部微通道的两端制作通孔，用作储液 池，通孔的直径为3mm;
制作生物素化膜微流控芯片底部以50rpm转速旋转60秒，将配制好的生物素化 的PDMS前聚体溶液涂层在第二支撑层14上，70°C下固化20分钟，于第二支撑层14上形成 一层厚度约为150微米的第二生物素化薄膜12 (制备第二生物素化薄膜的生物素化的PDMS 前聚体溶液的量与第一生物素化薄膜11的量相同，所述PDMS前聚体/正己烷溶液重量为 lg，磷脂生物素的重量为0. 05mg)，即得到生物素化膜微流控芯片底部；组装生物素化膜微流控芯片(S4)将生物素化膜微流控芯片顶部生物素化薄膜 一面沾上按照S2制备的载玻片上的薄膜混合物，置于生物素化膜微流控芯片底部的生物 素化薄膜一面上方粘附结合，70°C下固化20分钟，即第一生物素化薄膜11与第二生物素化 薄膜12粘接，即制作得到生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片。
权利要求
1.一种生物素化的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜微流控芯片，具有层状结构，其特征在 于，包括有四层结构，中间两层为生物素化的PDMS膜层，分别为第一生物素化薄膜、第二生 物素化薄膜，第一生物素化薄膜与第二生物素化薄膜连接，外面两层为PDMS支撑层，分别 为第一支撑层、第二支撑层，所述第一支撑层与第一生物素化薄膜连接，所述第二支撑层与 第二生物素化薄膜连接，所述第一生物素化薄膜上具有至少一个微通道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连接在一起的第一支撑层和第一生物素 化薄膜上具有通孔，通孔位于微通道的两端。
3.—种如权利要求2所述的生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片的加工方法，其 特征在于，包括以下步骤(1)制作第一生物素化薄膜将一生物素化PDMS前聚体溶液涂层在一微流控芯片模具 表面，在所述模具表面形成一层第一生物素化薄膜，70-80°C下固化20-40分钟；(2)制作生物素化膜微流控芯片顶部PDMS前聚体/环己烷的混合物(质量比1 10) 以3000rpm转速被旋转涂层在一载玻片上，形成一层薄膜混合物，将一第一支撑层的表面 沾上该薄膜混合物，置于第一生物素化薄膜上方粘附结合，70-80°C下固化20-40分钟，得 到生物素化膜微流控芯片顶部；(3)剥离将步骤(2)的生物素化膜微流控芯片顶部从微流控芯片模具上剥离，然后在 生物素化膜微流控芯片顶部的通道两端制作通孔，用作储液池，通孔的直径为l_3mm ；(4)组装生物素化膜微流控芯片根据步骤( 的方法，将所述生物素化膜微流控芯片 顶部生物素化薄膜一面沾上按照步骤( 制备的一层薄膜混合物，置于一生物素化膜微流 控芯片底部的生物素化薄膜一面的上方粘附结合，70-80°C下固化20-40分钟，即制作得到 生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片，所述生物素化膜微流控芯片底部由一第二生物 素化薄膜和一第二支撑层组成。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一支撑层和第二支撑层的制备为 将PDMS前聚体倾倒在一玻璃载玻片上，在70-80°C下固化1-2小时形成一层支撑层，随后从 该载玻片剥离，以此方式制作第一支撑层和第二支撑层。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生物素化的PDMS前聚体溶液的制备 为将磷脂生物素的氯仿溶液加入到PDMS前聚体/正己烷溶液中，得到生物素化的PDMS前 聚体溶液，所述PDMS前聚体与正己烷的质量比为1 2，所述PDMS前聚体/正己烷溶液与 磷脂生物素的重量比为Ig 0. Olmg-Ig 0. 05mg。
6.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述生物素化膜微流控芯片底部的制 备为生物素化的PDMS前聚体溶液涂层在第二支撑层上，70-80°C下固化20-40分钟，于第 二支撑层上形成一层第二生物素化薄膜，即得到生物素化膜微流控芯片底部。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一支撑层、第二支撑层的厚度均为 2-5毫米，第一生物素化薄膜、第二生物素化薄膜的厚度均为40-150微米。
全文摘要
本发明提供一种生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片，包括有四层结构，中间两层为生物素化的聚二甲基硅氧烷膜层，分别为第一生物素化薄膜、第二生物素化薄膜，外面两层为聚二甲基硅氧烷支撑层，分别为第一支撑层、第二支撑层，所述第一支撑层与第一生物素化薄膜连接，所述第二支撑层与第二生物素化薄膜连接，所述第一生物素化薄膜上具有至少一个微通道。本发明还提供所述生物素化的聚二甲基硅氧烷膜微流控芯片的加工方法。该方法操作简单、生物素化薄膜稳定性好，制作的芯片可节约生物素衍生化试剂、节约成本，且生物素化膜微通道表面的生物素基团可直接与抗生物素类蛋白质发生特异性结合，为后续的微流控芯片免疫分析等应用奠定了基础。
文档编号C08L83/04GK102139853SQ201110003658
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者刘宝红, 吴会灵, 杨芃原, 纪季, 范国荣, 陈肇娜 申请人:中国人民解放军第二军医大学