一种基于硅胶键合层的微流控体波分选芯片制备方法与流程

本发明属于微全分析系统领域，特别涉及一种基于硅胶键合层的微流控体波分选芯片制备方法。

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、检测等集成在微芯片上，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，具有极为广泛的适用性和应用前景，是当前微全分析系统研究的重点。

对于粒径小于声波波长的流体中的粒子，超声驻波能对其进行有效的免接触式的操控。并且由于声学检测和操作方法对活体生物样本的无损性，使其成为在微流系统中研究的新热点。目前，在微流控系统中，一般通过湿法腐蚀的方法，在硅片等硬质材料上刻蚀出微网络结构，用脉冲激光器在硅片上钻孔，再通过阳极键合的方式将玻璃键合到刻蚀微结构的硅片上形成声波芯片。这种声波芯片密闭性较好，但它要用到价值数百万的阳极键合设备，提高了制备成本。且面临着高温高电压的工作环境，不利于实验员的生命安全。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备过程简单，制备成本低且安全便捷的微流控体波分选芯片制备方法。

实现本发明的技术方案是：

所述的微流控体波分选芯片由载玻片，带有驻波反应腔的硅片、压电陶瓷片所构成，所述的载玻片上预先甩上一层聚二甲基硅氧烷，然后通过等离子键合机键合在硅片上面。

具体由以下步骤所构成：

1）利用氢氧化钾（koh）溶液在硅片上腐蚀出所需的驻波反应沟道及其所需的进样口、出样口；

2）在压电陶瓷片两极引出两根信号输入导线后将压电陶瓷片粘合在硅片的底部；

3）在载玻片上先开出与驻波反应腔进样口、出样口对应的通孔，然后在载玻片的一个面上通过匀胶机在高转速下甩上一层聚二甲基硅氧烷（pdms）液态预聚物，待其固化后将此面朝下通过等离子体键合机键合在硅片有驻波反应沟道一面，载玻片的另一面在对应进样口和出样口位置周围等离子键合上一层聚二甲基硅氧烷并在上面打出进样孔和出样孔，分别与硅片上的进样口和出样口相通。

本发明芯片的体波驻波来源于粘合在硅片底部的压电陶瓷，其工作频率由自身性质决定。调节输入信号的强度和频率，可以实现对细胞等生物活体样品的分离。

本发明方法与现在方法相比，具有如下优点：此装置加工简易，无需再在硅片上钻孔；成本低，制备过程不需要价格昂贵的阳极键合设备和特制的耐高温玻璃；超声驻波场的产生和调节可控；步骤安全便捷，无需在高温高电压实验条件下操作。利用本发明能够很容易地实现对细胞等生物活体样品的分离、捕获和操纵。据此，本发明可广泛应用于生命科学、药物科学和医学等领域。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明载玻片、硅片和压电陶瓷片的相对位置示意图。

图中：1——压电陶瓷片，2——环氧树脂层，3——硅片，4——聚二甲基硅氧烷薄层，5——载玻片，6——聚二甲基硅氧烷厚层，7——进样口，8——出样口，9——驻波反应沟道，10——进样孔，11——出样孔。

图3是现有技术（用阳极键合玻璃片和硅片形成超声体波分选芯片）的应用效果图。

图4是本发明方法制备芯片的应用效果图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明的具体实施方式作进一步的介绍：

一、本发明方法制备产品：

1）利用氢氧化钾（koh）溶液湿法腐蚀在硅片上制备出所需的驻波反应沟道及其所需的进样口和出样孔口；

2）在压电陶瓷片两极引出两根信号输入导线后用环氧树脂将压电陶瓷片粘合在硅片的底部；

3）在载玻片上先开出与驻波反应腔进样口、出样孔对应的通孔，然后在一个面上通过匀胶机在高转速下甩上一层很薄的聚二甲基硅氧烷（pdms）液态预聚物，待其固化后将此面朝下通过等离子体键合机键合在硅片沟道上面。等离子键合机采用的是美国harrick公司型号pdc-002。键合过程只要将需要键合在一起的两面在等离子体键合机的低功率档处理下5分钟，然后将这两个表面的孔位对齐手动按压在一起即可。另一面孔口位置周围也前述键合过程同样的操作键合上一层较厚的聚二甲基硅氧烷并在上面打出与进样口、出样口连通的进样孔和出样孔。

二、本发明方法制备的产品与现有技术产品的效果对比：

附图3是用阳极健合设备制作的超声体波分选芯片的应用效果图。图中是阳极键合方式制备的共振频率为2m的体波芯片在样品流速为500µl/h，正弦输入电压在10v的条件下对10um的聚苯乙烯球的聚集效果。由图3可见10um的聚苯乙烯微球在通道中很明显聚集到中间区域，可以达到粒子聚集的效果。

附图4是本发明的应用效果图。图中是我们基于硅胶键合层制备的共振频率为2m的体波芯片在样品流速为500µl/h，输入功率为15dbm时对15um二氧化硅球的聚集效果。图中15um的二氧化硅微球在声场作用下在通道中也很好聚集到中间区域成一条线状排列。

从附图3和附图4可以看出，本发明在实际使用中，与现有技术产品具有相同的效果。

技术特征：

技术总结
本发明属于微全分析领域，公开了一种基于硅胶键合层的微流控体波分选芯片制备方法。其产品由载玻片、带有驻波反应腔的硅片、压电陶瓷片所构成。硅片上的驻波反应腔由氢氧化钾溶液在硅片上腐蚀形成的微米级别的沟道以及沟道上的进、出样孔口所构成。压电陶瓷片粘在硅片的底部并在两极引出两根导线，载玻片在其上与硅片上的驻波反应腔进、出样孔口对应位置处开有对应进、出样孔口，然后通过匀胶机在载玻片一个面甩上一层很薄聚二甲基硅氧烷并键合在硅片上面，另一个面孔口周围也键合上一层打了对应孔口的较厚的聚二甲基硅氧烷。本发明制备过程简单，成本低廉，可操控性强，方便适用于细胞等生物样本的聚集、分离和操控。

技术研发人员：国世上;舒溪
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2017.06.22
技术公布日：2017.09.15