一种制备纸基微流控芯片的方法和装置与流程

本发明涉及微流控芯片的制备领域，具体涉及一种制备纸基微流控芯片的方法和装置。

背景技术：

纸基微流控芯片是一种新兴的微流控分析技术平台，具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点，在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景。纸基微流控芯片采用纸张作为基底替代硅、玻璃、高聚物等材料，这种分析器件被称为纸上微型实验室，也称为微流控纸分析器件。其在临床诊断、食品质量、环境监测等领域有极广泛的应用。

纸基微流控芯片的制备工艺可分为基于物理及基于化学的方法。物理工艺主要是通过喷蜡打印、激光切割、绘图、喷墨打印、印章压印等方法在纸上构造出所设计的疏水区域，从而是待分析流体按照设定的亲水通道流动，实现各种化学分析；而化学工艺主要是通过光刻、紫外固化、等离子刻蚀等构造流道，实现分析样品的流动控制。但是现有技术中的物理及基于化学的制备方法需要严苛的制备环境以及精密的仪器，因而使得纸基微流控芯片的制备成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种制备纸基微流控芯片的方法和装置，其能够大量、低成本地制备纸基微流控芯片。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备纸基微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

s1、将疏水溶液涂覆在印版上；

s2、将印版压设在纸基上，疏水溶液渗透至纸基的纤维空隙中形成疏水壁；

s3、干燥纸基。

进一步的，在步骤s1之前还包括步骤s0，

s0、将印版包覆在第一滚筒的外部。

进一步的，步骤s2具体包括以下步骤:

s21、将纸基绕设在第二滚筒的外部；

s22、第一滚筒和第二滚筒相对转动，将印版压设在纸基上；

s23、在印版与纸基贴合的位置，疏水溶液渗透至纸基的纤维空隙中形成疏水壁，以限定疏水区域。

进一步的，步骤s1包括以下步骤：

s11、上料辊将疏水溶液涂覆在于其接触的网格辊的表面；

s12、刮墨刀和网格辊的表面接触，以去除网格辊上多余的疏水溶液；

s13、网格辊和包覆在第一滚筒外部的印版接触，以将疏水溶液涂覆在印版表面。

本发明的目的还在于提供一种制备纸基微流控芯片的装置，包括第二滚筒和印版，纸基绕设在所述第二滚筒的外部；所述印版的表面涂覆有疏水溶液，所述印版和所述纸基接触，以将所述疏水溶液涂覆在所述纸基表面。

进一步的，还包括第一滚筒，所述印版包覆在所述第一滚筒的外部。

进一步的，还包括干燥装置，所述干燥装置包括加热件。

进一步的，所述制备纸基微流控芯片的装置还包括冷却辊，所述纸基绕设在所述冷却辊的表面，所述干燥装置位于所述第二滚筒和所述冷却辊之间。

进一步的，所述制备纸基微流控芯片的装置还包括上料辊、网格辊和刮墨刀，所述上料辊上黏附有疏水溶液；所述上料辊和所述网格辊接触并相对转动，以将所述疏水溶液涂覆在所述网格辊的表面；所述刮墨刀和所述网格辊的表面接触，以去除多余的疏水溶液。

进一步的，所述刮墨刀和所述网格辊的表面相切。

本发明的有益效果：

印版的表面设置有凸出部，凸出部与需要制备的微流控芯片的立体通道的图案一致，图案限定了所要制备微流控芯片的疏水区域；利用印版和纸基的贴合将疏水溶液涂覆在纸基的表面上时，疏水溶液与纸基接触后疏水溶液能够渗透至纸基的纤维孔隙内形成疏水壁，而纸基上未接触疏水溶液的部分仍然保持亲水性，用于形成微流体通道；

利用印版将疏水溶液涂覆在纸基上，因为纸基绕设在第二滚筒的外部，因而当第二滚筒转动时印版能够快速、简便的将疏水溶液涂覆在纸基的表面，从而能够大量、低成本地制备纸基微流控芯片。

附图说明

图1是本发明中用于制备纸基微流控芯片的装置的示意图；

图2是本发明中印版和纸基贴合时的示意图；

图3是疏水溶液在纸基表面形成的疏水性屏障的示意图；

图4是微流体通道的示意图；

图5是纸基微流控芯片的结构图。

图中标号说明：1、疏水溶液；2、上料辊；3、刮墨刀；4、网格辊；5、第一滚筒；51、凸出部；6、印版；7、纸基；8、第二滚筒；9、干燥装置；10、冷却辊。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-图5所示，本发明的一种制备纸基微流控芯片的制备方法的一实施例，包括以下步骤：

s0、将印版6包覆在第一滚筒5的外部；

s1、将疏水溶液1涂覆在印版6上，本实施例中疏水溶液1可以选用聚苯乙烯或聚二甲基硅氧烷等疏水材料；

s21、将纸基7绕设在第二滚筒8的外部；

s22、第一滚筒5和第二滚筒8相对转动，将印版6压设在纸基7上；

s23、在印版6与纸基7贴合的位置，疏水溶液1渗透至纸基7的纤维空隙中形成疏水壁，以限定疏水区域；

s3、干燥纸基7。

当选用的疏水溶液1中包括聚苯乙烯时，需要将聚苯乙烯溶液在有机溶剂中，以便于后期将疏水溶液1涂覆在印版6的表面。当选用的疏水溶液1中包括聚二甲基硅氧烷时，需要事先按照所需的比例混合其预聚合物和固化剂，并且需要对涂覆在纸基7表面的疏水溶液1进行固化处理。

印版6的表面设置有凸出部51，上述凸出部51与需要制备的微流控芯片的立体通道的图案一致，图案限定了所要制备微流控芯片的疏水区域。利用印版6和纸基7的贴合将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面上时，疏水溶液1与纸基7接触后疏水溶液1能够渗透至纸基7的纤维孔隙内形成疏水壁，而纸基7上未接触疏水溶液1的部分仍然保持亲水性，用于形成微流体通道。

本申请中利用包覆在第一滚筒5外部的印版6将疏水溶液1涂覆在纸基7上，因为纸基7绕设在第二滚筒8的外部，因而当第一滚筒5和第二滚筒8相对转动时能够快速、简便的将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面，从而能够大量、低成本地制备纸基7微流控芯片。利用第一滚筒5和第二滚筒8的转动，实现印版6和纸基7的贴合，能够在涂覆疏水溶液1的过程中准确的将黏附在凸出部51上的疏水溶液1涂覆在纸基7表面，以减少疏水溶液1粘覆在纸基7其他的部分，以保证微流控芯片上的疏水区域和印版6表面的凸出部51一致。当然，也可以直接将印版6覆盖在纸基7的表面，以将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面。

在另一实施例中，步骤s1包括以下步骤:

s11、上料辊2将疏水溶液1涂覆在于其接触的网格辊4的表面；

s12、刮墨刀3和网格辊4的表面接触，以去除网格辊4上多余的疏水溶液1；

s13、网格辊4和包覆在第一滚筒5外部的印版6接触，以将疏水溶液1涂覆在印版6表面。

上料辊2和网格辊4接触，并且能够相对转动，因而利用上料辊2能够提高上料的效率，以使得第一滚筒5和第二滚筒8相对转动时，印版6能够持续将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面。

与网格辊4接触的刮墨刀3能够去除网格辊4上多余的疏水溶液1，便于保证网格辊4和印版6接触时，疏水溶液1能够更加均匀的涂覆在印版6的表面。

利用上料辊2和网格辊4的接触并转动，实现对印版6表面的持续涂覆，然后利用第一滚筒5和第二滚筒8的相对转动，能够将印版6表面的疏水溶液1持续的涂覆在纸基7的表面，然后利用第二滚筒8的转动实现纸基7的不断传送，从而实现了纸基7持续涂覆和输送。因而在利用本申请制备微流控芯片时能够快速、大量、低成本地制备纸基7微流控芯片。

一种制备微流控芯片的装置，参照图1，其包括第二滚筒8和印版6，印版6的表面设置有凸出部51，凸出部51与需要制备的微流控芯片的立体通道的图案一致，图案限定了所要制备微流控芯片的疏水区域。

纸基7绕设在第二滚筒8的表面，当印版6和纸基7接触时，印版6能够将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面，疏水溶液1与纸基7接触后疏水溶液1能够渗透至纸基7的纤维孔隙内形成疏水壁，而纸基7上未接触疏水溶液1的部分仍然保持亲水性，用于形成微流体通道。

在另一实施例中，制备微流控芯片的装置还包括第一滚筒5，上述印版6包覆在第一滚筒5的外部，使得凸出部51朝向外部设置。当第一滚筒5和第二滚筒8相对转动时，印版6能够将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面。利用第一滚筒5和第二滚筒8相对转动时能够快速、简便的将疏水溶液1涂覆在纸基7的表面，能够大量、低成本地制备纸基7微流控芯片。附着在印版6表面的疏水溶液1可以直接喷涂或者利用其它方式涂覆均可。

在另一实施例中，制备纸基7微流控芯片的装置还包括上料辊2、网格辊4和刮墨刀3，上料辊2的表面黏附有疏水溶液1，当上料辊2和网格辊4接触并且相对转动时，上料辊2能够将黏附在其表面的疏水溶液1涂覆在网格辊4的表面上。本实施例中上料辊2的下方放置有疏水溶液1，同时将上料辊2的下端部侵入在疏水溶液1中，以便于上料辊2将疏水溶液1涂覆在网格辊4的表面。当然也可以直接将疏水溶液1喷涂在上料辊2的表面。网格辊4和印版6接触并且能够相对于第一滚筒5转动，因而能够将其表面的疏水溶液1涂覆在印版6上。本实施例中网格辊4的材料优选陶瓷或金属。此外，刮墨刀3和网格辊4的表面接触，从而能够利用刮墨刀3去除网格辊4辊表面多余的疏水溶液1。本实施例中刮墨刀3和网格辊4的表面相切，并且刮墨刀3和网格辊4相切的位置位于疏水溶液1的上方，以便于回收多余的疏水溶液1。当刮墨刀3和网格辊4相切时，能够减小刮墨刀3和网格辊4的接触面积，从而降低对网格辊4的损伤；同时刮墨刀3垂直设置更易将多余的疏水溶液1去除，以减小疏水溶液1在网格辊4的转动时因惯性作用而黏附在网格辊4表面。

当需要调整印版6涂覆在纸基7上的疏水溶液1的量时，可以通过调整上料辊2和网格辊4之间的转动速度实现。当两者之间的速度差较大时，会降低涂覆在印版6表面的疏水溶液1的量；当两者的速度差较小时，会增加涂覆在印版6表面的疏水溶液1的量。

制备纸基7微流控芯片的装置还包括干燥装置9和冷却辊10，干燥装置9包括加热件，加热件可以选用热风管、红外发射管等。冷却辊10沿其轴向通设有冷却水或者冷却风，当然也可以选用其他的冷却方式。干燥装置9设置在第二滚筒8和冷却辊10之间，当涂覆有疏水溶液1的纸基7依次经过干燥装置9和冷却辊10后，干燥装置9会使得亲水纸基7表面的疏水溶液1凝固，然后再利用冷却辊10实现定型。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。