一种立体的微流控芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微流控芯片领域，更具体地，涉及一种立体的微流控芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微流芯片是微全分析系统的核心，微流芯片的发明及应用给化学、食品、环境、医学等科学领域提供了很大的便利，促使了一些分析的微型化、集成化、自动化及便捷化。大大的节省了一些化学反应对贵重化学试剂的消耗，也大大的提高了分析效率、降低了费用。
[0003]微流控芯片的材料有聚合物，如PDMS (聚二甲基硅氧烷)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等，也有硬质材料，如玻璃片，石英片等。聚合物材料可以通过掩膜法或3d打印法制备出微流通道，塑形的自由度高，然而其具有容易变形，容易吸附有机溶剂的特点，其分析精度远不如硬质材料的微流控芯片。硬质材料虽然性能稳定，分析精度高，但塑形和键合则相对困难。
[0004]现有技术中可以通过叠加双层硬质基片，使硬质基片的微流控结构相配合，从而制造出相对复杂的立体的微流控结构，然而硬质基片的键合方法目前仅有低温键合法和胶粘法；其中，低温键合法只能针对玻璃芯片，且对玻璃表面的平整清洁程度有很高要求，需要繁琐的清洁步骤；而胶粘法，如专利文献CN103263950A公开了一种玻璃基杂合微流控芯片的制作方法，利用双面胶组合两层玻璃基片，而双面胶不仅在粘合过程中容易堵塞微沟道，需要较长的固化时间，且在使用的过程中粘结不牢而容易脱落。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种立体的微流控芯片及其制备方法，其目的在于通过聚合物层连接硬质基片，形成立体的微流控芯片，从而避免在微流控芯片在粘合过程中污染堵塞微流控结构，从而影响芯片的性能。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微流控芯片，，包括第一基片，第二基片，…至第N基片，N为大于等于2的正整数，所述第一基片至第N基片具有微流通道或微流室，所述第一基片至第N基片依次通过聚合物层两两连接，使得相邻基片的微流通道或微流室相连通，从而形成立体的微流控结构。
[0007]优选地，所述聚合物层的材料为聚二甲基硅氧烷，聚乙烯或聚氨酯。
[0008]优选地，所述聚合物层的厚度为1 μ m?5mm。
[0009]作为进一步优选地，所述聚合物层的厚度为1 μ m?100 μ m。
[0010]作为更进一步优选地，所述聚合物层的厚度为1 μπι?20 μπι。
[0011 ] 优选地，所述第一基片至第Ν基片为玻璃片、硅片或石英片。
[0012]按照本发明的另一方面，提供了一种该微流控芯片的制备方法，包括以下步骤:
[0013](1)设计并制备出第一基片，第二基片，…至第Ν基片，使得所述第一基片至第Ν基片具有相互配合的微流通道或微流室，Ν为大于等于2的正整数；
[0014](2)将预制的聚合物均匀涂覆于柔性衬底上，固化后得到所需厚度的平整的聚合物层；
[0015](3)将第一基片的表面与所述柔性衬底上的聚合物层键合，然后除去所述光滑衬底，使所述聚合物层留置于第一基片的表面；去除所述第一基片表面的微流通道或微流室上覆盖的聚合物层，然后将第二基片的表面与留置于第一基片表面的所述聚合物层键合，使得所述第一基片与所述第二基片通过聚合物层连接，两者的微流通道或微流室相连通；依次重复上述步骤，直至所述第一基片至第N基片依次通过聚合物层两两连接，且相邻基片的微流通道或微流室相连通，从而构成立体的微流控芯片。
[0016]优选地，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯胶膜，乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜或热塑性聚氨酯弹性体胶膜。
[0017]优选地，所述步骤(1)中涂覆的方法为旋涂法或印刷法。
[0018]优选地，所述步骤(3)中键合的方法为热键合法。
[0019]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于通过聚合物层连接基片从而形成微流控芯片，能够取得下列有益效果:
[0020]1、基片之间通过聚合物层相互紧密结合，其键合过程无需施加压力，从而降低了制备的微流控芯片的形变，提尚了制备成功的概率；
[0021]2、不同于双面胶表面的粘性材料，聚合物层为固体材料，容易清除，不会在制备过程中堵塞微流控通道；
[0022]3、多层基片可以通过聚合物层相连接，使得上下两层的微流控结构相通，从而制造出相对复杂的立体微流控结构，增大了微流控芯片的功能区；
[0023]4、在柔性衬底上制备聚合物层，不仅使得聚合物层平整，不会影响制备得到的微流控芯片的结构，还可以根据需求任意控制聚合物层的厚度；
[0024]5、通过柔性衬底转移聚合物层，不仅防止聚合物层在转移过程中破碎，也防止在转移时聚合物层产生形变，进一步优化了微流控芯片的性能；
[0025]6、该微流控芯片的制备方法简单，键合强度高，具有良好的实用性。
【附图说明】
[0026]图1是本发明实施例1制备方法流程图；
[0027]图2a是本发明实施例2第一基片，第二基片以及第三基片结构示意图；
[0028]图2b是本发明实施例2微流控芯片结构示意图；
[0029]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中，1-胶膜，2-聚合物层，3-第一基片，4-第二基片，5-第三基片。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]本发明公开了一种微流控芯片，包括第一基片，第二基片，…至第N基片，N为大于等于2的正整数，所述第一基片至第N基片具有微流控结构，所述第一基片至第N基片通过1 μπι?5_的平整的聚合物层连接，使得所述第一基片至第Ν基片的微流控结构相连通，从而形成立体的微流控结构。由于硬质基片性能稳定，不易变形，且具有更好的精度，所述第一基片至第Ν基片为表面有亲水基团的硬质基片，如玻璃片，表面具有二氧化硅层的硅片或石英片。所述聚合物为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，低密度聚乙烯(ΡΕ)或热塑性聚氨酯弹性体(TPU)等容易在常温下聚合，且能与硬质基片键合的高聚物材料。由于聚合物层越薄，微流控芯片形变越小，性能越优，聚合物层的厚度优选为1 μ m?100 μ m，更进一步优选为 1 μ m ?20 μ m。
[0032]该微流控芯片的制备方法包括以下步骤:
[0033](1)将预制的聚合物(通常为聚合物单体与交联剂的混合物，该混合物常温或加热固化即可得到聚合物)用旋涂法或印刷法等均匀涂覆于光滑衬底上，常温或加热固化后得到1 μπι?5_的聚合物层；通过控制制备工艺，可控制得到聚合物层的厚度，例如，用旋涂法制备聚合物层时，利用1500r/min的转速旋转35秒可得约20 μ m的聚合物层，而转速越高，预制的聚合物的浓度越小，旋转时间越长，则聚合物层越薄，而利用印刷法时，孔网越薄，则制备得到的聚合物层也越薄；而衬底的选择和所需的聚合物层的厚度有关，当聚合物层的厚度大于100 μm，可利用光滑的硬质材料(如玻璃，硅片)作为衬底，将聚合物层取下后与基片键合，而当聚合物层的厚度小于100 μ m时，则优选柔性衬底，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)胶膜，乙烯-醋酸乙烯共聚物胶(EVA)膜或热塑性聚氨酯弹性体(TPU)胶膜等材料，以减小聚合物层在转移过程中的形变，同时避免聚合物层在转移过程中破损；
[0034](2)将所述聚合物层与第一基片键合，然后将光滑衬底揭下，或先从光滑衬底上取下聚合物层，再与第一基片键合，使所述聚合物层残留于第一基片表面；键合方法可以为热键合法，氧等离子体等；
[0035](3)除去第一基片表面微流控结构上所覆盖的聚合物层，将第二基片的表面与所述聚合物层的另一面键合，使得所述第一基片与所述第二基片通过聚合物层连接，从而组成所述微流控芯片。如果微流控芯片具有三层以上的结构，则需要重复步骤(2)和步