专利名称：一种集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片及其制备方法
技术领域：
本发明属于微全分析系统领域，特别涉及一种集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片及其制备方法。
背景技术：
微流控芯片技术起源于20世纪90年代，最初应用于分析化学领域，它以微通道为结构特征，以生命科学为主要研究对象，通过微机电加工工艺(MEMS)，将整个实验室的功能包括样片预处理、反应、分离、检测等集成在一块微米尺度的芯片上，使分析速度得到极大提高，具有集成度高，试剂消耗少，制作成本低，分析效率高等特点。磁性颗粒由于其固有性质以及与细胞的可交联性，对磁性颗粒的操控在细胞研究中具有很大的应用潜力。目前基于微流控芯片的磁性颗粒操控技术中，主要采用在芯片外施加或撤去外磁场的方法或者在芯片内集成电磁铁的方法，前者是在芯片外部用永磁体直接操控芯片通道中的磁性颗粒，这种方法虽然简单易行，但是随着磁场在通道内的快速衰减，难以在微尺度下进行精确操控；后者是用微加工的方法在芯片通道外集成体积较小的电磁铁，以实现微尺度下对磁性颗粒的操控，这种方法虽然集成度高，但是加工过程复杂，而且在电磁铁上产生的焦耳热难以发散，以至于烧坏电路。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种成本低、不产生焦耳热的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片及其制备方法。为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
一、一种集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片，该芯片包括玻璃基片、玻璃芯片上的电极、电极上的镍柱微阵列和具有微通道的芯片基片，所述的芯片基片固定于玻璃基片上，且所述的电极和所述的镍柱微阵列位于所述的芯片基片的微通道中。上述镍柱为圆柱形，其高度为10 ii m，直径为30 ii m。上述电极为铬金电极,厚度为50_100nm。二、上述聚合物微流控芯片的制备方法，包括步骤
1、在玻璃基片上制备电极，并在电极上制备镍柱微阵列；
2、制备具有微通道的聚合物微流控芯片基片，所述的芯片基片采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备得到；
3、将步骤I所得玻璃基片和步骤3所得芯片基片进行键合，即得到集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片。
步骤I中在玻璃基片上制备电极的过程具体为
采用软刻蚀法将电极图案转移到玻璃基片上，然后采用蒸镀法或磁控溅射法在玻璃基片上的电极图案上制备电极。上述电极为铬金电极，其厚度为50-100nm。步骤I中在电极上制备镍柱微阵列的过程具体为
采用软刻蚀法将微阵列图案转移到电极上，然后在电极的微阵列图案上电镀上金属镍，即得到镍柱微阵列。上述镍柱为圆柱形，其高度为lOiim、直径为30iim。步骤2具体为 采用软刻蚀法或反应离子刻蚀法制备聚合物流控芯片的阳模模板，将液态聚二甲基硅氧烷倒在阳模模板上，固化后，经脱模，即得到具有微通道的芯片基片。上述阳模模板为单晶硅阳模模板。
当对本方法所制备的微流控芯片施加的外磁场时，集成在微流控芯片上的单个镍柱均周围产生强的诱导磁场梯度，通过调节外磁场的大小，从而间接调节诱导磁场梯度的大小。当镍柱周围存在诱导磁场梯度时，流过镍柱的磁性颗粒会被磁场力作用而吸附到镍柱上，当诱导磁场梯度消失时，磁性颗粒又会被流动的流体所冲走，从而实现了对磁性颗粒实现可控的捕获与释放。本方法所制备的微流控芯片可广泛应用于细胞的操控与筛选，例如，可通过在磁性颗粒表面交联不同的生物分子(蛋白质、多肽等)，将本方法所制备的微流控芯片用于循环肿瘤细胞、有核红细胞等细胞的捕获与释放。与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果
1、本发明方法实现了镍柱微阵列在微流控芯片中的集成，过程简单，成本低，适于工业化生产；
2、本发明微流控芯片能够对磁性颗粒实现可控的捕获与释放，具有较高的捕获效率，且易释放；而且本芯片在工作时由于没有电流进入，因此无焦耳热产生。
图I是本发明微流控芯片的整体俯视 图2是蒸镀有铬金电极的玻璃基片的纵剖面示意 图3是集成了镍柱微阵列的玻璃基片的纵剖面示意 图4是单晶硅阳模模板的纵剖面示意 图5是倒了聚二甲基硅氧烷的阳模模板的纵剖面示意 图6是图I中的A-A剖视 图7是图I中的镍柱微阵列在显微镜下的效果 图8是本发明微流控芯片对磁性颗粒捕获的应用效果 图9是本发明微流控芯片对磁性颗粒释放的应用效果图。图中I一玻璃基片，2—聚合物微流控芯片基片，3 —电极，4一镍柱微阵列，5—单晶硅片，6— SU8-2050型号光刻胶，7—进样口，8—出样口。
具体实施例方式图I为本发明集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的俯视图，图6为图I中的A-A剖视图，从图中可以看出，电极3在玻璃基片I上面，镍柱微阵列4在电极上面，镍柱微阵列4的在显微镜下的效果图如图7所示，聚合物微流控芯片基片2具有微通道5，电极3和镍柱微阵列4位于微通道5中，进样口 7和出样口 8分别用来通入和通出磁性颗粒。下面将参考附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明
本发明提出的一种集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，包括步骤
I、在玻璃基片上制备电极，并在电极上制备镍柱微阵列 该步骤进一步包括以下子步骤
1)采用软刻蚀法将电极图案转移到玻璃基片上，本子步骤具体为在洗净的玻璃基片上涂上AZ - 5214光刻胶，然后把印有电极图案的掩膜盖在玻璃基片涂有光刻胶的一面，其中，电极图案为长5mm、宽500Mm的长方形,将玻璃基片置于紫外光下曝光250秒后,把曝光完毕的玻璃基片放进AZ光刻胶显影液中显影40秒，取出用去离子水冲洗干净并吹干后，SP得到具有电极图案的玻璃基片
2)采用蒸镀法在玻璃基片的电极图案上制备电极，本具体实施中所制备的电极为铬金电极，本子步骤具体为将具有电极图案的玻璃基片置于真空镀膜机中蒸镀铬金合金3小时，然后用丙酮溶液溶解掉玻璃基片表面剩下的光刻胶，即在玻璃基片上得到长5mm、宽500Mm、厚50-100nm的铬金电极。图2为蒸镀有铬金电极的玻璃基片的横剖面示意图。上述也可以采用现有技术中的磁控溅射法来制备电极，在此不做赘述。3)采用软刻蚀法将微阵列图案移到铬金电极上，本子步骤具体为玻璃基片上有电极的一面涂上AZ - 4620光刻胶，包括电极上也涂上一层光刻胶，然后将印有微阵列图案的掩膜盖在玻璃基片涂有光刻胶的一面，并使微阵列图案与电极对准，将玻璃基片置于紫外光下曝光380秒，把曝光完毕的玻璃基片放进AZ光刻胶显影液中显影4分钟，取出用去离子水冲洗干净并吹干后，即将微阵列图案转移至电极上。本具体实施中的微阵列图案为均匀排列、直径30Mm的圆。4)在铬金电极的微阵列图案上电镀上金属镍，即得到镍柱微阵列，本子步骤具体 为将玻璃基片和镍片置于电解液中，将一直流电源的阴极与铬金电极相连，阳极接镍片，设定电镀电流为0. 03A，经电镀3分钟后，取出用丙酮溶液溶解掉玻璃基片表面剩下的光刻胶，经用去离子水冲洗干净并吹干后，即在微阵列图案上制备出高度lOMffl、直径30Mm、圆柱状的镍柱微阵列，图7为镍柱微阵列在显微镜下的效果图。在该步骤所采用的电解液是将300克六水硫酸镍(NiSO4 *6H20),35克六水氯化镍(NiCl *6H20),40克硼酸(H3B03)、0. 04克十二烷基硫酸钠(NaC12H25O4SX2克糖精(C7H5NO3S)、() 4克香豆素(C9H6O2)加入I升去离子水中配置而成。图3为集成了镍柱微阵列的玻璃基片的横剖面示意图。2、制备具有微通道的聚合物微流控芯片基片，所述的制备芯片基片的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)
本步骤进一步包括以下子步骤
I)采用软刻蚀法制备聚合物微流控芯片的阳模模板，本具体实施中的阳模模板为单晶硅阳模模板，本子步骤具体为在干净的单晶硅片上涂上SU-8 2050型号光刻胶，所涂上光刻胶的厚度为30 35Mm，然后把印有聚合物微流控芯片基片图案的掩膜盖在硅片涂有光刻胶的一面，并在紫外光下曝光350秒，把曝光完毕的硅片放进SU-8光刻胶显影液中显影5分钟，取出后用去离子水冲洗干净并吹干后，得到聚合物微流控芯片的单晶硅阳模模板，如图4所示。聚合物微流控芯片基片图案与电极图案相匹配，本具体实施中的聚合物微流控芯片基片图案为长方形，但长宽分别略大于5_和500Mm。上述也可以采用现有技术中的反应离子刻蚀法来制备阳模模板，在此不做赘述。2)利用阳模模板制备具有微通道的聚合物微流控芯片基片，本子步骤具体为将聚二甲基硅氧烷与其固化剂按(5 20):1的比例混合，经搅拌、除气泡后倒在硅阳模模板上，于80°C下固化3小时后，将固化的聚二甲基硅氧烷从硅阳模模板上剥离，即为具有微通道的聚合物微流控芯片基片。图5所示为倒了聚二甲基硅氧烷的阳模模板的横剖图。3、将步骤I所得玻璃基片和步骤3所得芯片基片进行键合，即得到集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片。在芯片基片上用打孔器打孔，所打的孔即为图I中的进样口 7和出样口 8，然后用氧等离子体处理芯片基片和集成有镍柱微阵列的玻璃基片的表面2分钟，将芯片基片和玻璃基片在显微镜下对准并键合，即得到集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片。所得集成镍 柱微阵列的聚合物微流控芯片的结构示意图如图I和图6所示。将纳米四氧化三铁磁性颗粒溶于水中得到含磁性颗粒的溶液，将含磁性颗粒的溶液从聚合物微流控芯片基片上的进样口 7持续通入，则含磁性颗粒的溶液充满在镍柱微阵列周围，在外磁场的作用下，在显微镜下观察到纳米磁性颗粒被吸附到镍柱表面，实现了对磁性颗粒的捕获，如图8所示；撤去外磁场后，吸附在镍柱表面的纳米磁性颗粒被流过的液态冲走，实现了对磁性颗粒的释放，如图9所示。
权利要求
1.ー种集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片，其特征在于，包括 玻璃基片、玻璃芯片上的电极、电极上的镍柱微阵列和具有微通道的芯片基片，所述的芯片基片固定于玻璃基片上，且所述的电极和所述的镍柱微阵列位于所述的芯片基片的微通道中。
2.根据权利要求I所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片，其特征在于 所述的镍柱为圆柱形，其高度为10 μ m，直径为30 μ m。
3.根据权利要求I所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片，其特征在于 所述的电极为铬金电极，厚度为50-100nm。
4.权利要求1-3中任一项所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤 .1)在玻璃基片上制备电极，并在电极上制备镍柱微阵列； . 2)制备具有微通道的聚合物微流控芯片基片，所述的芯片基片采用聚ニ甲基硅氧烷制备得到； .3)将步骤I所得玻璃基片和步骤3所得芯片基片进行键合，即得到集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片。
5.根据权利要求4所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于 步骤I中在玻璃基片上制备电极的过程具体为采用软刻蚀法将电极图案转移到玻璃基片上，然后采用蒸镀法或磁控溅射法在玻璃基片上的电极图案上制备电扱。
6.根据权利要求4或5所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于所述的电极为铬金电极，其厚度为50-100nm。
7.根据权利要求4所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于 步骤I中在电极上制备镍柱微阵列的过程具体为采用软刻蚀法将微阵列图案转移到电极上，然后在电极的微阵列图案上电镀上金属镍，即得到镍柱微阵列。
8.根据权利要求4或7所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于所述的镍柱为圆柱形，其高度为10 μ m、直径为30 μ m。
9.根据权利要求4所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于 步骤2具体为采用软刻蚀法或反应离子刻蚀法制备聚合物流控芯片的阳模模板，将液态聚ニ甲基硅氧烷倒在阳模模板上，固化后，经脱模、打孔，即得到具有微通道的芯片基片。
10.根据权利要求9所述的集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于 所述的阳模模板为单晶硅阳模模板。
全文摘要
本发明公开了一种集成镍柱微阵列的聚合物微流控芯片及其制备方法，本发明的聚合物微流控芯片包括玻璃基片、玻璃芯片上的电极、电极上的镍柱微阵列和具有微通道的芯片基片，芯片基片固定于玻璃基片上，且电极和镍柱微阵列位于芯片基片的微通道中。本发明方法包括步骤在玻璃基片上制备电极，并在电极上制备镍柱微阵列；制备具有微通道的聚合物微流控芯片基片；将得玻璃基片和芯片基片键合。本发明微流控芯片能够对磁性颗粒实现可控的分离与释放，具有较高的分离效率，且易释放，在细胞研究领域具有很大的应用前景。本发明方法实现了镍柱微阵列在微流控芯片中的集成，过程简单，成本低，适于工业化生产。
文档编号B01L3/00GK102671730SQ201210159058
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者喻小磊, 国世上, 李莎莎, 赵兴中 申请人:武汉大学