一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的单层微流控芯片

1.本实用新型属于太赫兹时域光谱测量技术领域，具体涉及一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的单层微流控芯片。


背景技术：

2.电磁波谱技术作为人类认识世界的工具，扩展了人们观察世界的能力，而太赫兹光谱技术作为新兴的光谱技术能够与红外、拉曼光谱技术形成互补，在某些方面发挥着不可替代的作用，太赫兹时域光谱技术作为太赫兹光谱技术的典型代表有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度很高，可以广泛应用于多种样品的探测。水对太赫兹的强烈吸收使得用太赫兹光谱技术研究液态生物样品迎来重大难题。研究溶液状态下的生物样品又迫在眉睫，有人提出可以结合目前的微流控技术通过减少液体样品与太赫兹的作用距离来减少水对太赫兹的吸收，从而获得具有高信噪比的太赫兹透射光谱。微流控芯片技术是生物芯片的基石，它通过多学科交叉将化学、生物学、医学等领域所涉及的样品预处理、生化反应、分选及检测等过程集成到几平方厘米的芯片上，从而实现从样品前处理到后续分析的微型化、自动化、集成化和便携化的技术。目前以多聚物为基片的微流控芯片制作方式有激光烧蚀法、liga技术、热压法和注塑法等。其中激光烧蚀法和liga技术用来加工玻璃和石英等材料的微流控芯片。早在2003年，微流控技术就被福布斯(forbes)杂志评为影响人类未来15件最重要的实用新型之一。这项技术使得实验室研究产生了革命性的变化，并在生物化学、医学等诸多领域得到了广泛应用。所以将太赫兹光谱技术同微流控芯片结合既能防止水对太赫兹的强吸收又能达到液体样品测量的目的。本课题组武等人设计出一种双层夹心式的太赫兹微流控芯片，该芯片用两片环烯烃共聚物夹刻有沟道的pdms膜制成太赫兹微流控芯片，但该微流控芯片存在明显的漏液现象。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的单层微流控芯片，制作简单，性能良好且可重复利用。
4.一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的单层微流控芯片，包括有机玻璃基体(2)和coc材料块(1)；
5.有机玻璃基体(2)的中部开有一个贯通的开孔(6)，位于有机玻璃基体(2)的开孔(6)两侧各设置有联通到外部的进液通道(4)和出液通道(5)；进液通道(4)和出液通道(5)均为互相垂直且联通的两个圆柱形孔构成；进液通道(4)的第一条圆柱形孔从有机玻璃基体(2)左侧面开始向内延伸，直至联通到开孔(6)，第二条圆柱形孔从上侧面开始向内延伸，直至联通到第一条圆柱形孔，第一条圆柱形孔的左端开口被堵塞；出液通道(5)的第三条圆柱形孔从有机玻璃基体(2)右侧面开始向内延伸，直至联通到开孔(6)，第四条圆柱形孔从上侧面开始向内延伸，直至联通到第三条圆柱形孔，第三条圆柱形孔的右端开口被堵塞；
6.coc材料块(1)与开孔(6)大小一致，从侧面开有一个贯穿的长条形空腔，该空腔的
两侧分别与有机玻璃基体(2)的进液通道(4)和出液通道(5)对应联通；该长条形空腔即为盛放待测液体的探测区(3)；coc材料块(1)镶嵌在开孔(6)中，并与其固定。
7.较佳的，所述coc材料块(1)的长为6mm，宽为6mm，厚度为2mm。
8.较佳的，探测区(3)的长为6mm，宽为3.5mm，高为0.3mm。
9.较佳的，有机玻璃基体(2)的长为18mm，宽为12mm，厚度为2mm。
10.较佳的，进液通道(4)和出液通道(5)的半径为350μm。
11.本实用新型具有如下有益效果：
12.1、本实用新型制作简单、可重复使用、清洗方便、微流控芯片沟道形状及厚度尺寸的设计是根据流体力学、各种生物分子线度及太赫兹探测区域半径等因素设计的，适用于大部分生物溶液样品的太赫兹光谱检测；另外，微流控芯片由于其通道尺寸非常小，节省了样品量的利用。
13.2、本实用新型的探测区是在coc材料块上加工的空腔，coc材料属于环烯烃类共聚物，与树脂相比在thz范围内有较高的透过率，在0.1-2.7thz范围内透过率高于85％，疏水性强且无特征振动峰出现，因此本实用新型的微流控芯片增加了透射式太赫兹时域光谱系统中微流控芯片测量液体样品的灵敏度，并且该材料损耗低、耐腐蚀、重复利用率高，降低了成本。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例中适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片中coc材料俯视图。
15.图2为适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片中coc材料及探测区。
16.图3为本实用新型实施例中适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片的有机玻璃中沟道示意图。
17.图4为本实用新型实施例中适用于透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片示意图。
18.图5为本实用新型实例中用微流控芯片测试的质量分数为2％和0.5％的瓜尔豆胶液体的太赫兹时域光谱图。
19.其中，1-coc材料块，2-有机玻璃基体，3-探测区，4-进液通道，5-出液通道，6-开孔。
具体实施方式
20.下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
21.如图1-4所示，本实用新型提供了一种适用于透射式太赫兹时域光谱系统的单层微流控芯片，包括有机玻璃基体2和coc材料块1。
22.有机玻璃基体2的中部开有一个贯通的开孔6，位于有机玻璃基体2的开孔6两侧各设置有联通到外部的进液通道4和出液通道5；本实施例中，进液通道4和出液通道5均为互相垂直且联通的两个圆柱形孔构成；进液通道4的第一条圆柱形孔从有机玻璃基体2左侧面开始向内延伸，直至联通到开孔6，第二条圆柱形孔从上侧面开始向内延伸，直至联通到第一条圆柱形孔，第一条圆柱形孔的左端开口被堵塞；出液通道5的第三条圆柱形孔从有机玻
璃基体2右侧面开始向内延伸，直至联通到开孔6，第四条圆柱形孔从上侧面开始向内延伸，直至联通到第三条圆柱形孔，第三条圆柱形孔的右端开口被堵塞，防止漏液。
23.coc材料块1与开孔6大小一致，从侧面开有一个贯穿的长条形空腔，该空腔的两侧分别与有机玻璃基体2的进液通道4和出液通道5对应联通；该长条形空腔即为待测液体的探测区3；coc材料块1镶嵌在开孔6中，并与其固定。
24.本实用新型选取coc材料作为透射式太赫兹时域光谱系统的微流控芯片探测区的材料，该材料在0.1-2.7thz范围内透过率高于85％，且无特征振动峰出现且可用于通道加工不会影响太赫兹生物液体样品的光谱检测。
25.通过切割工具在厚度为2mm的coc材料上切割一个长为6mm宽为6mm的coc材料块1，用500μm的铣刀从切割的coc材料块1侧面铣出一个长为6mm宽为3.5mm高为0.3mm的通道作为探测区3，契合在有进、出液通道的有机玻璃基体2上。
26.激光切割机在一个厚度为2
㎜
的有机玻璃上切割一个长为18
㎜
宽为12
㎜
的有机玻璃片，在该有机玻璃片中部切割长为6mm宽为6mm的长方体孔6，在该有机玻璃的左右两个侧面用激光雕刻机点射出两个长为6
㎜
半径为350μm的对称的通道，该通道和coc材料的探测区相通，在该有机玻璃的上侧面的左右两边用激光雕刻机点射出两个长为6mm半径为350μm的对称的通道，该通道和有机玻璃左右两侧点射出的通道垂直且相通分别作为实验中的进出液体通道，测量液体样品时将有机玻璃2左右侧面点射出的通道口用橡皮泥堵塞防止其漏液，方便进样，可有效的减小漏液。本实用新型完成后，进行了对质量分数为2％和0.5％的瓜尔豆胶液体的太赫兹吸收特性的测量如图5，发现随着瓜尔豆胶液体质量分数的增大其对太赫兹波的透过性大致成增大趋势。
27.本实用新型所制备的太赫兹微流控芯片是单层结构，有机玻璃和盛装液体样品的coc材料都是单层结构，且两者紧密契合可以避免探测时液体样品漏液现象的发生。鉴于有机玻璃的特性，用激光雕刻机可以直接对有机玻璃进行切割打孔等操作，用激光雕刻机设计出的有机玻璃的结构比传统的手动切割机切割出的有机玻璃结构更加精确。与树脂、pdms相比coc材料在thz范围内有较高的透过率，在0.1-2.7thz范围内透过率高于85％，疏水性强且无特征振动峰出现，采用coc材料增加了透射式太赫兹时域光谱系统中微流控芯片测量液体样品的灵敏度，并且该材料损耗低、耐腐蚀、重复利用率高，又因为coc材料比较昂贵，将coc材料契合在有机玻璃中，只在太赫兹波照射的区域用coc材料可以增加coc材料的利用率以及降低芯片制作的成本。同时该实用新型的微流控芯片体积小、精确度高可以提高实验的准确性。
28.综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。