一种新型有机硅聚合物微流控芯片及制备方法和应用

本发明涉及一种新型有机硅聚合物微流控芯片的制备方法及其应用。

背景技术：

1、微流控技术在生物仪器、微球制造和制药等领域有着广泛的应用。以水凝胶微球的生产为例，基于液滴的微流体通常涉及在油相和水相液流中通过油相剪切水相来连续稳定地产生液滴。随后，使用紫外光引发或其他聚合方法将这些液滴固化成水凝胶微球；在整个过程中，两相溶液的粘度、两相的流速、流速比、微流控芯片结构、通道内的水接触角、温度和外界干扰以及两相之间的界面张力等影响因素都对液滴的产生过程起着至关重要的作用。因此，利用微流控芯片生成液滴是一个复杂的过程，这个过程可能会受到各种环境因素的干扰。

2、微流控芯片体积小，工艺复杂，多因素影响，使得微流控芯片在生产过程中难以实现高生产率和稳定性。传统上，提高液滴产率的方法包括修改通道结构。例如，为液滴产生添加额外的通道或增加流速和流速比。然而，这些方法往往需要额外的能量输入和更复杂的结构。已有研究表明，增加通道内水接触角可以提高油相剪切水相的效率，从而提高液滴产量。然而，改善通道内的水接触角通常涉及耗时且复杂的表面改性过程，限制了该方法的实际适用性。

3、由于pdms（聚二甲基硅氧烷）具有高透明度、耐腐蚀性、易于制备和疏水性，因此通常被选择用于制造微流控芯片。pdms微流控芯片和玻璃基板的表面通常通过等离子体处理进行修饰，以引入大量羟基，从而在键合过程中促进si-o-si键的形成。然而，这种处理不可避免地导致pdms的水接触角显著降低，无法恢复到原来的疏水状态。水接触角的大幅降低影响了pdms微流控芯片有效处理水相流体的能力，从而降低了液滴的产率。

4、因此，如何改进pdms芯片，使pdms芯片具有较高的抗外界干扰能力，即在氧等离子处理之后依旧具有超高的疏水性，值得进一步研究。

技术实现思路

1、针对现有制作芯片技术的不足，本发明提供了一种新型有机硅微流控芯片及制备方法和应用。本发明提出了一种将单乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(mvt-pdms)用于控制网络扩张的策略，以制造一种新有机硅聚合物(vpdms)，该制备方法简单，且生成的vpdms具有良好的抗外界干扰的能力，即使在经过氧等离子（27.6w）处理5min之后，vpdms表面在液滴生产过程中仍保持较高的超疏水性(水接触角：171°左右)，有利于液滴的生成。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种新型有机硅聚合物微流控芯片，所述新型有机硅聚合物微流控芯片为vpdms芯片。

4、上述新型有机硅聚合物微流控芯片的制备方法，包括步骤：

5、（1）取pdms、有机硅弹性体固化剂和mvt-pdms，混合后搅拌均匀，置于脱泡器中除去气泡；

6、（2）将已除去气泡的混合液倒入模具中，放入烘箱加热，待芯片固化后取出；

7、（3）取出模具和已制成的芯片，脱模，用酒精分别清洗已制成的芯片，并清洗载玻片，烘干备用；

8、（4）将已清洗的芯片和载玻片放入等离子键合机中进行等离子处理；

9、（5）将处理好的芯片和载玻片迅速贴合，放入烘箱加热。

10、根据本发明优选的，步骤（1）中，所述pdms、有机硅弹性体固化剂和mvt-pdms的质量比为10:1:1～10:3:3；优选的，pdms、固化剂和mvt-pdms的质量比为10:2:2。

11、根据本发明优选的，步骤（1）中，所述pdms的重均分子量为500-100000；优选的，pdms的数均分子量为25000。

12、根据本发明优选的，步骤（1）中，所述mvt-pdms为α-monovinyl-ω-monohydride端接聚二甲基硅氧烷；优选粘度为40-60cst。

13、根据本发明优选的，步骤（2）中，所述模具为使用3d打印机所打印的芯片模具。

14、根据本发明优选的，步骤（2）中，所述加热温度为50-100℃；优选的，所述加热温度为60-70℃；所述加热时间为20-100min；优选的，所述加热时间为30-40min。

15、根据本发明优选的，步骤（4）中，所述处理时间为3-10min；优选的，所述处理时间为5min。

16、根据本发明优选的，步骤（5）中，所述加热温度为40-80℃；优选的，所述加热温度为60℃；所述加热时间为5-20min；优选的，所述加热时间为10min。

17、本发明还包括上述制备方法获得的有机硅聚合物微流控芯片，以及所述新型有机硅聚合物微流控芯片在制药过程中液滴生成中的应用。

18、本发明的技术特点及有益效果如下：

19、1、本发明采用了一种简单的方法改进pdms芯片，将mvt-pdms添加到pdms中，以降低pdms聚合物网络的交联密度，从而使聚合物网络易于膨胀。由于聚合物网络的稀疏性，油分子可以在网络和油溶液之间更自由地扩散，形成稳定的界面油层，该油层有效地隔离了水相，防止与亲水性官能团接触，有效地防止了水相与亲水性表面的接触。这种现象在宏观上实现了通道内的高超疏水性(水接触角wca：171°)，并在液滴生产过程中表现出良好的抗干扰性。

20、2、本发明制备了一种新型有机硅聚合物微流控芯片，为vpdms芯片，vpdms芯片表现出比pdms芯片更高的初始和最终水接触角。vpdms芯片在长时间等离子体处理后也具有更快的恢复速度(5min，27.6 w)。等离子体处理后两种材料的平均wca降低了约20°，但vpdms芯片与pdms芯片相比仍保持更高的wca，这将更加有利于液滴的生成。

21、3、本发明制备的新型有机硅聚合物微流控芯片具有更短的固化时间，mvt-pdms的加入将大大缩短微流控芯片的加工时间。vpdms芯片在80℃下的固化时间为122s，在60℃下的固化时间为814s。对于传统的pdms芯片，在80℃下的固化时间为612s，在60℃下没有观察到固化的迹象。流变学实验表明，mvt-pdms的加入使固化速率提高了502%。

技术特征：

1.一种新型有机硅聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述pdms、有机硅弹性体固化剂和mvt-pdms的质量比为10:1:1～10:3:3；优选的，所述pdms、固化剂和mvt-pdms的质量比为10:2:2。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述pdms的重均分子量为500-100000；优选的，pdms的数均分子量为25000。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述mvt-pdms为α-monovinyl-ω-monohydride端接聚二甲基硅氧烷；优选的，所述α-monovinyl-ω-monohydride端接聚二甲基硅氧烷的粘度为40-60cst。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述模具为使用3d打印机所打印的芯片模具。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述加热温度为50-100℃，加热时间为20-100min；优选的，所述加热温度为60-70℃，加热时间为30-40min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述处理时间为3-10min；优选的，所述处理时间为5min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述加热温度为40-80℃，加热时间为5-20min；优选的，所述加热温度为60℃，加热时间为10min。

9.如权利要求1-8任一项所述制备方法获得的有机硅聚合物微流控芯片。

10.如权利要求9所述的新型有机硅聚合物微流控芯片在制药过程中液滴生成中的应用。

技术总结
本发明涉及一种新型有机硅聚合物微流控芯片及制备方法和应用，本发明提出了一种将单乙烯基封端聚二甲基硅氧烷(MVT‑PDMS)用于控制网络扩张的策略，以制造一种新有机硅聚合物(VPDMS)，MVT‑PDMS的加入大大缩短微流控芯片的加工时间，制备方法简单，且生成的VPDMS具有良好的抗外界干扰的能力，在氧等离子处理之后依旧具有超高的疏水性，此外，本发明制备的新型有机硅聚合物微流控芯片具有更短的固化时间。

技术研发人员：张笑来,黄俊,邱晓勇,张立民
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16