一种微流控芯片及其制备和应用

本发明涉及一种微流控芯片及其制备方法，尤其涉及一种试剂预定义的微流控芯片及其制备和应用。

背景技术：

1、微流控芯片是一种利用微纳米加工技术，在微米尺度的通道内实现液体的精确操纵和分析的微型化装置。微流控芯片具有体积小、反应速度快、耗材少、集成度高、自动化程度高等优点，被广泛应用于生物医学、化学分析、环境监测等领域。

2、在微流控芯片中，试剂的引入和分配是实现各种功能的关键步骤。目前，常用的试剂引入和分配方法主要有以下几种：

3、1、通过外部注射泵或压力源将试剂从芯片外部输送到芯片内部，然后通过阀门或开关等控制元件实现试剂的分配。这种方法需要复杂的外部设备和管路，增加了芯片的成本和操作难度，同时也增加了试剂的消耗和污染的风险。

4、2、通过预先在芯片内部设置储存室或储存管将试剂储存于芯片内部，然后通过电场、热场、磁场等外部刺激或内部释放机制实现试剂的释放和分配。这种方法可以减少外部设备和管路的需求，但是需要对芯片进行特殊的设计和加工，同时也限制了试剂的种类和数量。

5、3、通过预先在芯片内部设置固定或可变形的隔离结构将试剂隔离于芯片内部，然后通过机械力、电场、热场、磁场等外部刺激或内部释放机制实现试剂的释放和分配。这种方法可以实现试剂的空间分布和动态调节，但是需要对芯片进行特殊的设计和加工，同时也增加了试剂的消耗和污染的风险。

6、以上方法虽然各有优缺点，但都存在以下共同问题：

7、(1)无法实现试剂在芯片内部的图形化分布，即无法根据需要在不同位置或区域设置不同种类或浓度的试剂。

8、(2)无法实现试剂在芯片内部的连续梯度分布，即无法根据需要在不同位置或区域设置连续变化的浓度梯度。

9、(3)无法实现试剂在芯片内部的释放时刻控制与持续时间控制，即无法根据需要在指定时间释放所需试剂。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种微流控芯片的制备方法，解决试剂在微流控芯片内部无法图形化、梯度化和动态化分布的问题。本发明的另一目的在于提出一种微流控芯片，解决现有芯片功能性和灵活性较差的问题。本发明的第三个目的在于提出一种微流控芯片在多领域中的应用，解决现有芯片应用范围小的问题。

2、技术方案：本发明所述的一种微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)利用掩膜在第一基材的表面上沉积试剂；

4、(2)在第二基材上开设凹槽，在所述凹槽的内壁上开设供流体进出的缺口或孔道；

5、(3)将第一基材与第二基材复合固定，所述第一基材上的试剂沉积区域与所述凹槽的开口拼接形成反应腔体，所述反应腔体与所述供流体进出的缺口或孔道连通形成流体通道，即得微流控芯片。

6、优选地，步骤(1)中，利用掩膜沉积试剂的方法为：将带有缺口的固定掩膜设于第一基材上方，将试剂溶液以雾化液滴的形式穿过缺口沉积在第一基材的平面上形成试剂层。

7、优选地，步骤(1)中，利用掩膜沉积试剂的方法为：将带有缺口的固定掩膜设于第一基材上方，在固定掩膜上滑动移动掩膜，利用移动掩膜遮掩部分缺口，控制缺口的形状和面积，将试剂溶液以雾化液滴的形式穿过遮掩后的缺口沉积在第一基材的平面上形成试剂层。

8、优选地，还包括层叠沉积步骤，方法为：先以第一方向平移移动掩膜沉积第一试剂层，在第一试剂层上，再以第二方向平移移动掩膜沉积第二试剂层，在第二试剂层上，再以第三方向平移移动掩膜沉积第三试剂层，重复层叠沉积操作直至以第n方向平移移动掩膜沉积获得第n试剂层，所述第n方向与第n-1方向的夹角为0-180°。

9、本发明可以实现多种试剂的图形化分布：在芯片内部的不同位置或区域设置不同种类或浓度的试剂，通过控制试剂沉积的范围和形状，实现复杂的试剂布局，提高芯片的功能性和灵活性。

10、本发明可以实现多维浓度梯度分布：根据需要在不同位置或区域设置连续变化的浓度梯度，包括单向、双向或多向梯度，扩展芯片的应用范围，适应各种实验需求。

11、优选地，所述第1试剂层与第n试剂层之间至少沉积有一层试剂缓释层，所述试剂缓释层的材质为高分子可降解材料；和/或所述第1试剂层至第n试剂层中至少有一层中包含高分子可降解材料。

12、本发明可以实现多种试剂的按指定顺序和时间释放：通过控制试剂沉积层的厚度和添加难溶或溶解缓慢的材料，本发明可以实现不同种类试剂在指定时间按指定顺序进行释放，提高实验的可控性和准确性。

13、优选地，所述可降解材料包括pva、壳聚糖、海藻酸钠、明胶中的一种或多种。

14、优选地，用于沉积相邻两个试剂层的试剂溶液的试剂种类和/或浓度不同。

15、优选地，所述试剂包括药用化合物、抗生素、蛋白质、金属离子、有机污染物、营养物质中的一种或多种。

16、本发明提供一种采用上述制备方法制得的微流控芯片。

17、本发明进一步应用上述微流控芯片进行药物筛选或细菌趋药性测试或生物学信号梯度生成或环境污染检测或微生物群落相互作用研究。

18、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

19、本发明提供的试剂预沉积的微流控芯片制备方法，实现了多种试剂、多维浓度梯度分布，以及多种试剂的按指定顺序释放、指定时间释放，从而提高芯片的功能性和灵活性，扩展了微流控芯片的应用范围。同时，本发明采用预沉积试剂的方法，减少了外部设备和管路的需求，降低芯片的成本和操作难度，并可减少试剂的消耗和污染风险。

技术特征：

1.一种微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，利用掩膜沉积试剂的方法为：将带有缺口的固定掩膜设于第一基材上方，将试剂溶液以雾化液滴的形式穿过缺口沉积在第一基材的平面上形成试剂层。

3.根据权利要求1所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，利用掩膜沉积试剂的方法为：将带有缺口的固定掩膜设于第一基材上方，在固定掩膜上滑动移动掩膜，利用移动掩膜遮掩部分缺口，控制缺口的形状和面积，将试剂溶液以雾化液滴的形式穿过遮掩后的缺口沉积在第一基材的平面上形成试剂层。

4.根据权利要求3所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，还包括层叠沉积步骤，方法为：先以第一方向平移移动掩膜沉积第一试剂层，在第一试剂层上，再以第二方向平移移动掩膜沉积第二试剂层，在第二试剂层上，再以第三方向平移移动掩膜沉积第三试剂层，重复层叠沉积操作直至以第n方向平移移动掩膜沉积获得第n试剂层，所述第n方向与第n-1方向的夹角为0-180°。

5.根据权利要求4所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述第1试剂层与第n试剂层之间至少沉积有一层试剂缓释层，所述试剂缓释层的材质为高分子可降解材料；和/或所述第1试剂层至第n试剂层中至少有一层中包含高分子可降解材料。

6.根据权利要求5所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述可降解材料包括pva、壳聚糖、海藻酸钠、明胶中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，用于沉积相邻两个试剂层的试剂溶液的试剂种类和/或浓度不同。

8.根据权利要求1-7任一项所述微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述试剂包括药用化合物、抗生素、蛋白质、金属离子、有机污染物、营养物质中的一种或多种。

9.一种如权利要求8所述制备方法制得的微流控芯片。

10.根据权利要求9所述微流控芯片在药物筛选或细菌趋药性测试或生物学信号梯度生成或环境污染检测或微生物群落相互作用研究中的应用。

技术总结
本发明公开了一种微流控芯片及其制备和应用。微流控芯片的制备方法包括如下步骤：利用掩膜在第一基材的表面上沉积试剂；在第二基材上开设凹槽，在所述凹槽的内壁上开设供流体进出的缺口或孔道；所述第一基材上的试剂沉积区域与所述凹槽的开口拼接形成反应腔体，所述反应腔体与所述供流体进出的缺口或孔道连通形成流体通道，即得微流控芯片。本发明描述了一种在微流控芯片第一基材上使用超声雾化等技术与中空掩膜相结合来沉积图形化试剂的方法。通过固定掩膜与移动掩膜的相对位移，可以实现不同沉积厚度，并对芯片内试剂浓度分布进行控制和定时释放。本发明的微流控芯片及其制备方法和应用为生物医学研究提供了新颖的解决方案。

技术研发人员：赖笑辰,王希成,朱勇,孙延飞,杨明鹏,田入运,周旺平
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12