一种纸基微流控芯片快速、批量成型装置的制作方法

本发明涉及一种纸基微流控芯片快速、批量成型装置，尤其是涉及一种使用蜡构建封闭流道的纸基微流控芯片的加工装置。

背景技术：

纸基微流控芯片简称纸芯片，2007年martinez等第一次提出以纸张为基体材料来制作微流控芯片，相比于传统的微流控芯片，纸芯片成本更低、加工更容易、更易携带。目前纸基微流控芯片的加工方法主要有蜡印法、紫外光刻法、等离子体处理技术、喷墨印刷技术、融蜡浸透技术等方法。蔡龙飞等提出了一种喷墨打印表面活性剂的技术，将打印液tritionx-100打印至经过十八烷基三甲氧基硅烷处理过的滤纸上，实现了打印区为亲水性，其余区域保留疏水性，可实现纸芯片的批量生产。

纸芯片关键在于亲水单元和疏水单元。薛媛媛等利用三甲氧基硅烷偶联和表面活性剂腐蚀的方法制备纸芯片，三甲氧基硅烷是硅烷耦合分子，能够将滤纸的亲水性变成疏水性，而表面活性剂可以将疏水滤纸腐蚀，从而形成亲水通路。zhong等采用蜡笔、蜡烛等蜡质在a4纸、餐巾纸、厨房用纸和实验室用纸上画出流道，并在150℃下加热2min使得蜡质扩散。类似的蜡印技术可实现对纸基微流控芯片的快速研制，缩短了芯片制备周期。lu等则也提出了喷蜡打印技术，使用喷蜡打印机将制备出疏水区，再通过将滤纸烘烤，待蜡深层渗入形成壁垒从而形成纸基微流控芯片。

紫外光刻技术主要是通过紫外光透过某种掩模照射光敏试剂，对曝光和未曝光部分进行相应的处理形成纸基微流控芯片。kao等提出了一种新型制作纸基微流控芯片的方法，将whatman2号滤纸置于两个具有流道形状的金属之间，再将其放入等离子体发生器中，便会形成氟碳聚合物图层，使得金属区域下方区域形成亲水单元。该方法可实现芯片的一次性完成。temsiri提出了一种融蜡浸透的办法制备纸芯片，将whatman1号滤纸放置在载玻片上，并将一定形状的铁磨具放置在滤纸的上面，再通过一块磁铁固定，从而形成了磁铁-载玻片-滤纸-铁磨具的四层结构，将其放入120-130℃的液体蜡中约1s后拿出并冷却至室温形成纸基微流控芯片。

以上制备纸基微流控芯片的方法各有利弊，蜡印的方法加工简便，但可能导致亲水区形状不规则，不能保证样品流道的精确性；等离子体处理技术可一次性完成加工过程，但每次改变流道形状，需要制定特定形状的金属模具，提高了加工成本，复杂了加工过程；融蜡浸透的制备方法不需要复杂的仪器且无需任何的有机溶剂，但精确性不高。本次设计的加工装置可以实现纸芯片的批量生产，且加工过程简单，成本较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提出了一种纸基微流控芯片快速、批量成型装置，通过不同功能的辊式结构相互配合，可以实现基于纤维滤纸的纸基微流控芯片的快速批量化加工。本发明不需要严苛的洁净条件，也不需要使用成本昂贵的光刻技术，整个加工过程不适用任何化学试剂，清洁环保，成本低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种纸基微流控芯片快速、批量成型装置，其特征在于：在进纸方向依次设置有固定轴a(1)，固定轴b(2)，热压辊(3)，牵引辊a(4)，固定轴c(5)，加热辊(6)，冷却辊(7)和牵引辊b(8)。热压辊(3)和牵引辊a(4)相对应；固定轴b(2)、热压辊(3)和固定轴c(5)通过皮带顺次连接传递，固定轴a(1)、牵引辊a(4)、加热辊(6)、冷却辊(7)和牵引辊b(8)通过皮带顺次连接传递。

使用该装置进行纸质微流控芯片的加工包括下列步骤：

步骤1、将亲水性纤维滤纸制成宽20-100mm的纸带并卷曲放置到固定轴a(1)上；

步骤2、将步骤1中的滤纸与等宽的蜡基碳带叠放后在牵引辊a(2)的作用下送入热压辊(3)；

步骤3、在高温热压辊的压力作用下，蜡基碳带上的蜡受热融化，被转印到滤纸上；

步骤4、使用过的碳带被卷曲回收，带有结构的滤纸则被输送至加热辊(6)进行加热，转印后的蜡受热融化，渗入纸质纤维的缝隙中；

步骤5、加热后的滤纸经过冷却辊(7)进行冷却，冷却后的蜡在纸基底上凝固，形成具有特定结构的疏水流道边界，在牵引辊b(8)的牵引下输送到后续剪切、包装等设备处，完成芯片的加工。

纤维滤纸与蜡基碳带叠放后在牵引辊的作用下一起经过热压辊，在压力和高温的作用下特定结构从碳带转印到滤纸带上，废弃蜡基碳带传送到固定轴c进行回收，滤纸则被进一步输送到加热辊上进行加热，滤纸上的蜡受热融化后渗入纸质纤维的缝隙中；随后纸带经过冷却辊，冷却后的蜡在纸基底上凝固，形成疏水的流道边界，流体通过毛细作用在疏水边界围成的亲水纸质纤维中运动，实现微流控芯片的分析检测等功能。

步骤3所用的热压辊是表面加工有特定结构的滚压式金属辊，或是直压式的模具或数控加热带(9)；数控加热带通过与计算机相连，在纸带经过时瞬时加热特定部分，将蜡带特定位置精准融化，将计算机设计的特定结构转印到滤纸上。

步骤4使用的加热辊的加热方式是电加热，热风加热，或者是通过在辊内加工流道通过热水循环进行加热。

步骤5使用的冷却辊的冷却方式是风冷，或者是通过在辊内加工流道通过冷水循环进行冷却。

所述加热、冷却设备还能够采用平板或传送带的形式。

装置尾部可增设自动剪切和自动包装装置，实现产品的一体化生产。

与现有技术相比，本发明的装置所带来的有益效果是：

(1)本发明中的装置可以连续、批量化的生产纸基微流控芯片，可以实现基于纤维滤纸的纸基微流控芯片的连续、批量化加工，工艺简单，成本低廉。

(2)本发明不需要严苛的洁净条件，也不需要使用成本昂贵的光刻技术，整个加工过程不使用任何化学试剂，清洁环保。

附图说明

图1是装置的运行示意图。

图2是一种辊压式纸基微流控芯片快速、批量成型装置的构成图。

图3是一种直压式纸基微流控芯片快速、批量成型装置的构成图。

图4是纸基微流控芯片加工原理图。

图5是一种分析用纸基微流控芯片的结构图。

具体实施方式

本发明提供一种纸基微流控芯片快速、批量成型装置，以促进纸基微流控芯片的生产速度和生产一致性，加快微流控芯片的产业化。

下面结合附图对本发明作进一步的描述，所述实施例是基本实施例的优选实施例，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

实施例1：

首先，将宽76.2mm亲水纸卷和蜡基碳带分别放置到固定轴a(1)和固定轴b(2)上，碳带与纸带叠放后在牵引辊(4)的作用下一起经过热压辊(3)与牵引辊(4)的微小间隙，在压力和高温的作用下热压辊上的结构从蜡基碳带转印到滤纸带上，废弃蜡基碳带传送到固定轴c(5)进行回收，滤纸则被进一步输送到加热辊(6)上进行加热，滤纸上的蜡受热融化后渗入纸质纤维的缝隙中。

随后纸带经过冷却辊(7)，冷却后的蜡在纸基底上凝固，形成疏水的流道边界，流体通过毛细作用在疏水边界围成的亲水纸质纤维中运动，实现微流控芯片的分析检测等功能。加工好结构的芯片在牵引辊b(8)的牵引下输送到后续剪切、包装等设备处，完成芯片的全部生产过程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对这些实施例的修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的范围的情况下在其它实施例中实现，因此符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的实施例都应受到本专利保护，而不被限制于本文所示的实施例。