一种长时间维持微流控芯片负压状态的方法与流程

本发明属生命科学、临床诊断、化学分析等多个领域检测方法，涉及一种长时间维持微流控芯片负压状态的方法。

背景技术：

微流控芯片技术目前已经广泛应用在了生物、化学、医学等诸多领域中。与传统实验室的检测与分析方法相比，微流控芯片技术具有所需样本量少、操作简单、通量高、准确度高、不开盖低污染等多种优点，是未来检测技术发展的一大方向。

微流控芯片在实际应用中，大多需要外接动力源提供动力驱动样品在芯片中的流动，外接动力源通常体积庞大，结构复杂，增加了研制与使用成本，而且不易于携带，给现场及时检测带来了诸多不便。一种无外接动力源的负压驱动进样芯片被提出，并很好的解决了这一问题。这种负压驱动微流控芯片使用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,pdms)制作，利用pdms材料多孔性可存储气体的特点，预先对芯片抽真空处理，使芯片内部压强低于外界大气压。这样，当样品试剂加在芯片的入口处时，由于芯片内外存在压差，就能够使样品溶液被吸入芯片中，无需外接动力源。但是这种芯片在使用过程中也存在一些缺点：第一，每次抽真空之后芯片都需要立即使用，给偏远地区与现场即时检测带来了不便；第二，芯片在使用过程中，空气中的气体分子也会从芯片四周重新被吸入芯片中，影响了芯片的进样效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种长时间维持微流控芯片负压状态的方法，在微流控芯片表面沉积一层聚合物薄膜，利用该聚合物薄膜具有的致密、对气体分子具有低渗透率、无色透明、无荧光的性质，实现了对微流控芯片负压驱动能力的长时间储存，使得负压驱动微流控芯片能够得到更广泛的应用；在芯片进样期间，沉积的聚合物薄膜仍然能够继续保护芯片的四周处于密封状态，防止气体分子从芯片四周进入到芯片中。

本发明提供的一种长时间维持微流控芯片负压状态的方法，首先在微流控芯片上表面贴一层透明胶带，然后在贴了透明胶带的微流控芯片表面沉积一层聚合物薄膜，沉积时，微流控芯片需要在周边垫高，保持芯片下表面大部分面积，尤其是中心区域悬空。该聚合物薄膜具有致密的、对气体分子具有低渗透率的、无色透明的、无荧光的性质。

所述微流控芯片的材质为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,pdms)。

微流控芯片通过抽真空的方式获得负压驱动力。

微流控芯片表面沉积的聚合物薄膜的材料为聚一氯对二甲苯(parylenec)。

微流控芯片的厚度可调，优选3–7mm。

微流控芯片表面沉积的parylenec薄膜厚度可调，优选10–15μm。

聚合物薄膜使用真空气相沉积的方法沉积在微流控芯片表面。

微流控芯片的抽真空与聚合物薄膜的沉积同时完成。

微流控芯片在真空气相沉积parylenec薄膜之前，上表面需要贴一层透明胶带。

真空气相沉积的设备，其沉积腔的压强可调，并且在沉积过程中压强保持固定。

透明胶带的厚度要不小于0.05mm，即≥0.05mm。

本发明的优点：(1)可以长时间保持微流控芯片的负压动力，时间可达30天或者更长，更利于无需外接动力源的微流控芯片使用负压驱动进样，在偏远地区与现场及时检测中应用；(2)芯片进样时无需拆除聚合物薄膜，薄膜可在芯片进样过程中保持芯片四周处于密封状态，进样效果更好，同时也能一定程度防止试剂的蒸发；(3)聚合物薄膜无色透明，没有荧光，不会影响芯片中生化反应的结果检测。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

图2是实施例2的示意图，其中1为微流控芯片，2为上表面的胶带，3为沉积的parylenec薄膜，4为进样口，5为螺母垫起的位置。

图3是实施例2的结果图。

图4是实施例3的结果图。

图5是实施例4的示意图，其中10为负压驱动泵模块，由上表面的胶带2，沉积的parylenec薄膜3，负压驱动pdms模块5，下表面胶带6组成；7为微流控芯片，8为进样口，9为出样口，11为揭掉了下表面胶带的负压驱动泵模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1方法实施流程

参见图1，一种长时间维持微流控芯片负压状态的方法的实施流程。实施对象为微流控芯片，采用的具体方式为在制作好的微流控芯片上表面贴一层透明胶带，之后在贴了透明胶带的微流控芯片表面沉积一层聚合物薄膜。

参见图2，图中左边是剖面示意图，在微流控芯片1上表面贴一层透明胶带2，在贴了透明胶带2的微流控芯片表面沉积一层parylenec薄膜3，图中右边是芯片上表面示意图，其中进样口4设在两边，同时两边中间位置设有螺母5作为支撑垫起微流控芯片1，螺母5标准尺寸m6到m10均可。

微流控芯片的材质为具有透气性的聚合物材料，优选pdms。芯片的大小按照需要可调。芯片的厚度按照需要可调，优选3–7mm。

微流控芯片在沉积聚合物薄膜之前，上表面要贴一层透明胶带，防止聚合物薄膜在制作过程中直接沉积在芯片上表面造成的上表面模糊、堵塞进样口出样口、芯片密封不够严密等问题。透明胶带厚度不低于0.05mm，为了防止在抽真空的时候透明胶带变形且无法复原。

沉积的聚合物薄膜材料具有致密的、对气体分子具有低渗透率的、无色透明的、无荧光的性质，优选parylenec。聚合物薄膜的厚度按照需要可调，优选10–15μm。

薄膜沉积的过程要求能够保持抽真空的状态，优选真空气相沉积方法。

真空气相沉积的设备要求可以调节沉积腔的压强，并且在沉积进行中，压强保持稳定不变。压强可以为10–40mtorr，优选20mtorr。微流控芯片在放入真空气相沉积系统中时，底面需要悬空，保证也可以均匀沉积到parylenec薄膜。

实施例2自吸分液式数字聚合酶链式反应(digitalpcr)芯片维持长时间负压的方法

参见图2，一种长时间维持微流控芯片负压状态的方法用于自吸分液式数字pcr芯片。它由微流控芯片1，芯片上表面的胶带2，芯片表面沉积的parylenec薄膜3组成。

微流控芯片1采用pdms为材料，采用多层软光刻技术在硅片表面使用光胶制作具有微通道与微反应腔室的模具，先在模具上旋涂一层0.5mm厚的pdms薄层，pdms的比例为单体：固化剂＝5:1。经85℃烘烤2min固化后，旋涂一层防蒸发层，85℃烘烤1min。之后在防蒸发层上浇注一层5mm厚的pdms，pdms的比例为单体：固化剂＝10:1，并于85℃烘烤40min固化。将pdms整体从模具上揭取下来，使用1mm直径的打孔器打出进样口4。将盖玻片用等离子体处理后与pdms进行封接，之后置于85℃热板烘烤4h，完成芯片的加工。

在制作好的微流控芯片1上表面粘贴厚度为0.07mm的透明胶带2，使用刮板赶走透明胶带与芯片上表面之间的气泡。贴好后沿芯片四周修剪胶带。

芯片表面沉积的parylenec薄膜3使用真空气相沉积系统沉积而成。在真空气相沉积系统的沉积腔内喷涂脱模剂，将其涂抹均匀。每张芯片使用两个螺母在位置5处垫起，使底面保持悬空，使parylenec薄膜能够沉积到芯片底面。称取16.66gparylenec原料，放入锡纸卷中，插入原料仓内。16.66g的parylenec原料可以获得10μm厚的薄膜。先将冷阱打开，再将真空泵打开，对整个沉积系统抽真空，直至沉积腔压强达到10mtorr以下，即<10mtorr。打开裂解腔与蒸发腔的加热旋钮，待裂解腔温度升到690℃，蒸发腔温度达到135℃，parylenec薄膜的沉积开始。此时沉积腔内的压强为20pa，并且在沉积过程中一直保持20pa。

当原料仓内的原料全部蒸发裂解后，沉积腔内的压强逐渐降低，裂解腔、蒸发腔、沉积腔内的温度都开始回落，待裂解腔的温度降至350℃以下，关闭系统，待沉积腔内压强达到大气压，取出芯片。此时芯片表面已经沉积了一层均匀、致密、透明的parylenec薄膜，厚度为10μm。

将沉积了parylenec涂层的芯片在大气压下常温保存30天。使用注射器针头扎开进样口4，加入human18sribosomalrnaplasmid以及配套的pcr的反应试剂，随后加入与反应试剂不相容的油相液体，封闭进样口4，在芯片中进行数字pcr反应，结果见图3。

实施例3parylenec薄膜厚度对微流控芯片的负压保持时间研究

本实施例采用实施例2的装置进样，在沉积parylenec薄膜时分别选用8.33g，16.66g和24.99g原料，获得5μm，10μm和15μm厚的parylenec薄膜。

在第一天、第二天,...,第三十天，分别取不同厚度parylenec薄膜包被的微流控芯片，使用注射器针头扎开进样口4，加入钙黄绿素荧光染料，之后加入油相液体封闭，统计进样时间。

采用实施例2的进样装置制作的微流控芯片，未沉积parylenec薄膜的，在抽真空处理后，放置18h，就已经无法完成荧光染料的完全进样。

沉积了parylenec薄膜的微流控芯片可以保持30天仍然能够完全进样。结果参见图4。

实施例4一种长时间维持负压驱动泵动力的方法

一种长时间维持负压驱动泵动力的方法用于普通微流控芯片进样分析。它由负压驱动泵模块10和微流控芯片7组成。其中负压驱动泵模块10由上表面的胶带2，沉积的parylenec薄膜3，负压驱动pdms模块5，下表面胶带6组成；微流控芯片7包括进样口8，出样口9；11为揭掉了下表面胶带的负压驱动泵模块。

负压驱动泵模块10采用pdms为材料，按照单体：固化剂＝10:1的比例配比。用干净的硅片作为底面，浇注出高为5mm的pdms模块，85℃烘烤1h至完全固化。切割为宽度与芯片7相同，长度约20mm的长方体。得到负压驱动pdms模块5。

在制作好的负压驱动pdms模块5上表面黏贴厚度为0.07mm的透明胶带2，下表面黏贴厚度为0.07mm的透明胶带6。使用刮板赶走透明胶带与芯片上表面之间的气泡。

使用实施例2中的真空气相沉积方法，在芯片表面沉积parylenec薄膜3。

将需要检测的试剂加在进样口8，把负压驱动泵模块10的下表面胶带6揭下，露出pdms底面，得到揭掉了下表面胶带的负压驱动模块11。将揭掉了下表面胶带的负压驱动泵模块11的露出pdms底面的一侧贴在出样口9上。负压驱动泵模块提供的负压动力，能够将进样口8的待检测试剂吸入芯片，最终流至出样口9，完成检测。结果参见图5。