一种微流控芯片的加工方法与流程

1.本发明属于数字微流控技术领域，具体涉及一种微流控芯片的加工方法。


背景技术：

2.在过去的几十年中，微流控系统发展迅速，用以处理和操纵体积在皮升至微升的流体。尽管20世纪70年代引入了微机电系统，但直到20世纪90年代，微流控系统才受到重视。芯片实验室设备和集成微流控系统被视为微机械系统的生化模拟物，因为过去必须在常规实验室手动实施的多个反应过程都可以通过两者实现自动化操作。例如，这种装置可以从复杂混合物中提取和纯化某些成分，分离目标成分，然后检测它们。因此，微流控系统在生化分析、临床诊断、环境监测和食品安全分析等领域具有巨大的潜力。微流控系统用于操控离散液滴，具有单独处理每个液滴的能力，可有效避免交叉污染，大大减少试剂和样品消耗，缩短生化反应时间，实现精确定量控制。
3.微流控芯片是dpcr(数字pcr)用于生成和检测液滴的载体。注塑成型工艺是指将熔融的原料通过加压、注入、冷却、脱离等操作制作一定形状的半成品件的工艺过程。微流控芯片的芯片结构主要包括含有芯片通道的芯片主体和密封芯片通道用的芯片盖板，和相关的设备配合，用于生成和检测液滴样本，芯片主体通常包括芯片主板和储液槽，芯片主板上设有芯片流道，芯片流道和储液槽对应连通。现有量产的微流控芯片基本都采用注塑成型工艺，采用一体成型的方案，将芯片的油槽，样本槽，液滴收集槽和微液滴通道一体成型。也就是说，现有的芯片主体加工中，将芯片主板和储液槽之间采用注塑工艺一体成型。但现有的一体成型的加工工艺存在以下缺点：1.由于芯片通道尺寸宽度基本都是微米级别，甚至纳米级别，对芯片的加工精度要求非常高，而储液槽的结构很容易产生应力不均匀而引起注塑变形，导致良品率低；2.提高模具的复杂程度，增加模具成本；3.延长注塑保压时间，降低生产效率；4. 芯片变形导致平面度不好，直接影响到芯片盖板和芯片主体的密封；5.芯片主板由于使用中需要检测和收集液滴荧光信号，需要选用高透明度的塑料材质，价格较高，而对于储液槽却没有这个要求，但一体注塑成型时储液槽材质与芯片主板材质一致，使得芯片成本较高。因此，有必要对现有的微流控芯片的加工工艺进行改进。


技术实现要素：

4.针对上述存在的技术问题至少之一，本发明目的是提供一种微流控芯片的加工方法，微流控芯片的芯片主体的储液槽和芯片主板之间采用分体设计和加工，解决现有技术中一体注塑成型，容易产生应力不均匀引起注塑变形的问题。
5.本发明的技术方案是：本发明的目的在于提供一种微流控芯片的加工方法，所述的微流控芯片包括芯片主体和芯片盖板，所述芯片主体包括分体设计的芯片主板和若干储液槽，所述芯片主体上设有芯片通道，若干所述储液槽包括一组试剂油储液槽、一组样本储液槽和一组液滴收集槽，对应的所述试剂油储液槽、样本储液槽和液滴收集槽之间通过芯片通道连通；所述的加
工方法包括如下步骤：提供一块模块化的所述芯片主板，在所述芯片主板厚度方向的一面上设有分别对应所述一组试剂油储液槽、一组样本储液槽和一组液滴收集槽的安装位，在所述芯片主板厚度方向的另一面上设有所述芯片通道；按照安装位的形状和尺寸分别加工相匹配的试剂油储液槽、样本储液槽和液滴收集槽；将加工好的试剂油储液槽、样本储液槽和液滴收集槽分别装配固定到各自对应的安装位，形成所述芯片主体；提供所述的芯片盖板；将所述芯片盖板装配固定到所述芯片主体的设有所述芯片通道的一面上，以将所述芯片通道密封，完成所述微流控芯片的加工。
6.优选的，所述试剂油储液槽与所述样本储液槽和/或所述液滴收集槽的尺寸一致；或所述芯片主板上的试剂油储液槽的安装位与所述样本储液槽的安装位和/或所述液滴收集槽的安装位的尺寸一致。
7.优选的，所述试剂油储液槽、所述样本储液槽及所述液滴收集槽为筒状。
8.优选的，所述芯片主板厚度方向的两个面分别实施为第一面和第二面，所述安装位为形成在所述第一面上的朝向所述第二面凹陷的凹槽，所述凹槽的底面的中间位置开设有贯通所述第二面并与对应的所述芯片通道连通的通孔；所述试剂油储液槽、所述样本储液槽及所述液滴收集槽在装配固定时适于嵌入各自对应的安装位。
9.优选的，所述凹槽的槽底面的外沿一圈形成有凸环或凹环。
10.优选的，由第一面至第二面的方向上，所述凸环的壁厚逐渐增大或所述凹环的径向宽度逐渐减小。
11.优选的，令所述芯片主板上的任一所述试剂油储液槽的安装位上的通孔为第一通孔，样本储液槽的安装位上的通孔为第二通孔，液滴收集槽的安装位上的通孔为第三通孔；所述芯片主板上的一组第一通孔的圆心或一组第二通孔的圆心或一组第三通孔的圆心分别处于同一直线上。
12.优选的，所述第一通孔与对应的第二通孔及对应的第三通孔的圆心处于同一直线上，令该直线为第一直线；任一所述芯片通道包括围绕中间的安装位在第二面上的投影的外围的方形通道及连接在方形通道两端的与所述第一直线共线的第一直通道及第二直通道，所述第一直通道连通第一通孔和所述方形通道的朝向所述第一通孔一端的一条边，所述第二直通道连通所述第二通孔和第三通道并贯通所述方形通道的朝向所述第三通孔一端的一条边。
13.优选的，所述储液槽与所述芯片主板上各自对应的安装位之间的装配固定采用胶水粘贴、超声波焊接、热压和激光焊接中的一种。
14.优选的，所述试剂油储液槽、样本储液槽及液滴收集槽由pom或abs材料加工而成。
15.与现有技术相比，本发明的优点是：本发明的微流控芯片的加工方法，通过将芯片主体的芯片主板和储液槽分体设计
并组装，解决现有技术中储液槽和芯片主板一体注塑成型容易产生应力不均匀引起的注塑变形，导致良品率低的问题，同时分体设计还可以降低模具的复杂程度，只需针对平板状的芯片主板开发模具即可，无需考虑储液槽部分，缩短了开发周期，降低了模具开发成本。由于芯片主板加工时无需考虑储液槽，为一平板，减少了芯片变形，提高了产品的加工精度和质量，有利于后续芯片盖板和芯片主体的密封。整体成本相比现有技术一体成型工艺大大降低，利于推广使用。
附图说明
16.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为本发明实施例的微流控芯片的芯片主板的第一面朝上的结构示意图；图2为本发明实施例的微流控芯片的芯片主板的第二面朝上的结构示意图；图3为本发明实施例的微流控芯片的芯片主体的芯片主板和储液槽未组装时的结构示意图；图4为本发明实施例的微流控芯片的芯片主体与芯片盖板未组装时的结构示意图；图5为本发明实施例的微流控芯片的芯片主体与芯片盖板组装后的结构示意图；图6为本发明实施例的微流控芯片的爆炸结构示意图。
17.其中：1、芯片主体；11、芯片主板；111、第一面；112、第二面；113、安装位；1131、第一安装位；1132、第二安装位；1133、第三安装位；114、芯片通道；1141、方形通道；1142、第一直通道；1143、第二直通道；115、通孔；1151、第一通孔；1152、第二通孔；1153、第三通孔；12、储液槽；121、试剂油储液槽；122、样本储液槽；123、液滴收集槽；2、芯片盖板。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例
19.参见图1至图6，本发明实施例的一种微流控芯片的加工方法，其中微流控芯片的结构包括芯片主体1和芯片盖板2，芯片主体1包括分体设计的芯片主板11和若干储液槽12，芯片主体1上设有芯片通道114，若干储液槽12包括一组试剂油储液槽121、一组样本储液槽122和一组液滴收集槽123，对应的试剂油储液槽121、样本储液槽122和液滴收集槽123之间通过芯片通道114连通。加工方法包括如下步骤：提供一块模块化的芯片主板11，在芯片主板11厚度方向的一面上设有分别对应一组试剂油储液槽121、一组样本储液槽122和一组液滴收集槽123的安装位113，在芯片主板11厚度方向的另一面上设有芯片通道114；按照安装位113的形状和尺寸分别加工相匹配的试剂油储液槽121、样本储液槽122和液滴收集槽123；
将加工好的试剂油储液槽121、样本储液槽122和液滴收集槽123分别装配固定到各自对应的安装位113，形成芯片主体1；提供芯片盖板2；将芯片盖板2装配固定到芯片主体1的设有芯片通道114的一面上，以将芯片通道114密封，完成微流控芯片的加工。
20.需要说明的是，本发明实施例中的储液槽12的加工工艺，采用传统的注塑成型工艺，具体不做描述和限定。对于芯片主板11的加工工艺，同样采用现有传统的注塑成型工艺，具体不做描述和限定。本发明实施例的微流控芯片的加工方法，通过将芯片主体1的芯片主板11和储液槽12分体设计并组装，解决现有技术中储液槽12和芯片主板11一体注塑成型容易产生应力不均匀引起的注塑变形，导致良品率低的问题，同时分体设计还可以降低模具的复杂程度，只需针对平板状的芯片主板11开发模具即可，无需考虑储液槽12部分，缩短了开发周期，降低了模具开发成本。由于芯片主板11加工时无需考虑储液槽12，为一平板，减少了芯片变形，提高了产品的加工精度和质量，有利于后续芯片盖板2和芯片主体1的密封。整体成本相比现有技术一体成型工艺大大降低，利于推广使用。
21.根据本发明的一些实施例，如图1所示，试剂油储液槽121与样本储液槽122和/或液滴收集槽123的尺寸一致。也就是说，试剂油储液槽121与样本储液槽122的尺寸一致，或者试剂油储液槽121与液滴收集槽123的尺寸一致，可以通用，也即只需设置两种规格的储液槽12即可。或者试剂油储液槽121和样本储液槽122及液滴收集槽123的尺寸均一致，只需设计一种规格的储液槽12，通用设计，可以降低生产成本。现有技术中试剂油储液槽121、样本储液槽122和液滴收集槽123的尺寸一般都是不一样的。对应的，芯片主板11上的试剂油储液槽121的安装位113与样本储液槽122的安装位113的尺寸一致，或者试剂油储液槽121的安装位113和液滴收集槽123的安装位113的尺寸一致，或者试剂油储液槽121的安装位113与样本储液槽122的安装位113的尺寸及液滴收集槽123的安装位113的尺寸全部一致，也就是说，芯片主板11上的所有的安装位113的尺寸一致。本发明实施例中优选的方案是，芯片主板11上的所有的安装位113的尺寸一致，所有的储液槽12的尺寸一致。通过通用设计，统一了储液槽12的尺寸。
22.根据本发明的一些优选实施例，如图3至图6所示，试剂油储液槽121、样本储液槽122及液滴收集槽123为一体注塑成型的筒状结构。筒状结构简单且设计、加工难度低。需要说明的是，试剂油储液槽121、样本储液槽122及液滴收集槽123的形状还可以为现有技术中常见的其他形状，具体不做描述和限定，本领域技术人员知晓并容易实现。
23.根据本发明的一些优选实施例，如图1和图2所示，芯片主板11厚度方向的两个面分别实施为第一面111和第二面112，安装位113为形成在第一面111上的朝向第二面112凹陷的凹槽，凹槽的底面的中间位置开设有贯通第二面112并与对应的芯片通道114连通的通孔115；试剂油储液槽121、样本储液槽122及液滴收集槽123在装配固定时适于嵌入各自对应的安装位113。对于凹槽的深度而言，不做特别限定和描述，本领域技术人员可以根据实际需求进行选择设计，但凹槽的深度不得与芯片主板11的厚度一致，也就是说，凹槽并不贯通芯片主板11的第二面112。需要说明的是，通孔115的直径远小于安装位113的凹槽的直径，具体不做描述和限定，只需确保储液槽12能通过通孔115与芯片通道114实现连通且满足设计需求即可。为了便于描述和区分，将芯片主板11上的试剂油储液槽121的安装位113
描述为第一安装位1131，样本储液槽122的安装位113描述为第二安装位1132，液滴收集槽123的安装位113描述为第三安装位1133。对应的，如图所示，第一安装位1131、第二安装位1132和第三安装位1133均为相匹配的圆形凹槽。需要说明的是，凹槽及凹槽的槽底面上的通孔均为在芯片主板11注塑成型时一体成型，同理，芯片通道114也在芯片主板11注塑成型时一体成型，也就是说芯片主板11的成型工艺与现有的芯片主体的注塑成型工艺一致，不做描述和限定。根据本发明的一些优选实施例，由第一面111至第二面112的方向上，凹槽的内壁各处的内径一致。也就是说，凹槽为直筒状结构，加工难度低。作为进一步优选的实施例，凹槽的槽底面的外沿一圈可以设有朝向第二面112凹陷的凹环（未图示）或者朝向槽口或第一面111方向凸出的凸环（未图示），对应的，在储液槽12对应安装位113的端壁上设有相匹配的凸环或凹环。以使凹槽的槽底面形成台阶状结构，可以起到装配固定时定位的作用。需要说明的是，凸环或凹环可以是完整的环形，也可以是不连续的几段圆弧构成的不完整的环形。优选的，由第一面111至第二面112的方向上，凸环的壁厚逐渐增大或凹环的径向宽度逐渐减小。也就是说，凸环朝向槽口一端的壁厚要小于凸环朝向槽底面的壁厚，从而可以更方便地实现定位。同理，凹环朝向槽口一端的两内侧壁之间的距离要大于朝向槽底面的两内侧壁之间的距离。
24.根据本发明的一些优选实施例，如图3所示，令芯片主板11上的任一试剂油储液槽121的安装位113也即第一安装位1131上的通孔115为第一通孔1151，样本储液槽122的安装位113也即第二安装位1132上的通孔115为第二通孔1152，液滴收集槽123的安装位113也即第三安装位1133上的通孔115为第三通孔1153。芯片主板11上的一组第一通孔1151的圆心或一组第二通孔1152的圆心或一组第三通孔1153的圆心分别处于同一直线上。图中，芯片主板11上的一组第一通孔1151的圆心或一组第二通孔1152的圆心或一组第三通孔1153的圆心所在的同一直线均平行于芯片主板11的长边。
25.根据本发明的一些优选实施例，如图3所示，第一通孔1151与对应的第二通孔1152及对应的第三通孔1153的圆心处于同一直线上，令该直线为第一直线，也即如图3所示，第一直线平行于芯片主板11的宽边。如图2所示，任一芯片通道114包括围绕中间的安装位113也即第二安装1132在第二面112上的投影的外围的方形通道1141及连接在方形通道1141两端的与第一直线共线的第一直通道1142及第二直通道1143，第一直通道1142连通第一通孔1151和方形通道1141的朝向第一通孔1151一端的一条边，第二直通道1143连通第二通孔1152和第三通道并贯通方形通道1141的朝向第三通孔1153一端的一条边。
26.根据本发明的一些优选实施例，储液槽12与芯片主板11上各自对应的安装位113之间的装配固定采用胶水粘贴、超声波焊接、热压和激光焊接中的一种。需要说明的是，还可以为现有技术中本领域技术人员知晓的除上述方式以外的其他固定方式，具体不做描述和限定。
27.根据本发明的一些优选实施例，试剂油储液槽121、样本储液槽122及液滴收集槽123由pom (polyoxymethylene，聚甲醛)或abs(acrylonitrile butadiene styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)材料加工而成。需要说明的是，储液槽12采用传统的注塑工艺一体注塑成型。价格偏便宜，成本低，成本相比现有一体注塑成型的芯片主板11的材质降低了很多，有利于产品的推广。
28.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的
原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。