一种复合微流控芯片，它是以具有镂空花纹的纸为基材，以聚二甲基硅氧烷渗透填充纸基材的大孔纸基‑聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片。这种镂空花纹借助聚二甲基硅氧烷的疏水性能够构成有效的气液界面。在维持气液界面稳定性的同时，允许较大颗粒通过气液界面进行交换，并允许较快的交换速度。这在环境烟气分析、纳米材料毒性分析，生物功能化气液界面构造上都具有重要现实意义，具有较高的实用价值。同时由于这种界面的加工制造方法灵活，需要的设施设备以及原材料廉价易得，因此相比于现有的以复杂微加工技术为代表的微流控芯片气液界面制造方法，该方法具有巨大的成本优势，能够满足大批量生产、一次性使用的要求。本发明专利技术公开了其制法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微流控芯片，特别是利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与纸的复合构建具有较大孔径的稳定气液界面的微流控芯片。
技术介绍
微流控芯片的概念产生于二十世纪九十年代，意在把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。它有别于常规的宏观系统，由于其尺寸与被分析对象更加接近，因此更有利于对微观对象的操控和分析，在生物、化学、医学等领域具有巨大应用潜力。在微流控芯片的功能化结构中，构建稳定的气液界面、实现气液交互作用在环境烟气分析、气相微反应器、人工模拟肺等前沿领域具有重要的意义。为此人们开发了多种气液界面来实现物质的分析。一般的微芯片气液界面都是由一层能够透气并阻拦液体的结构构成的：包括薄膜、三维多孔材料等。由于结构的特殊性，他们主要作为小分子气体的通透界面，无法用于较大分子及粒相物的透过，对可通透分子的交换速率也较低。无法满足需要大分子或粒相物通透界面的应用需求，如对烟气、雾霾、纳米材料毒性的分析等。此外，该类薄膜由于气相物透过速度较慢，对气液界面性质的时空可调控性也较差。因此需要开发通透性更强的膜，特别是使用更为开放的气液界面体系来满足应用需求。最早在微芯片上形成气液界面的方法还包括直接气液界面接触法，这是一种完全开放的气液界面系统，但是该界面只适合液体静止的系统，无法满足液体连续流动气液交互的需求；同时由于微系统中液体挥发速度过快，导致这种界面难以维持稳定状态，因此很快被研究者抛弃。我们在以往的研究中曾经开发了以小微米管道阵列为基础的气液界面(Xu,B.-Y.；Hu,S.-W.；Yan,X.-N.；Xia,X.-H.；Xu,J.-J.；Chen,H.-Y.Lab on a Chip 2012,12,1281-1288.Lab on a Chip杂志ISSN：1473-0197)。因为尺寸原因，液体管道阵列表面有着较大的张力，这样可以保证在一定流速范围内液体不会冲出管道，突破气液界面。这种气体向液体的直接扩散速率远远快于通过膜的扩散速率，大大加快了气液交换速率；同时这种管道一定程度上允许纳米颗粒穿过气液界面。但是由于气液两相的运动垂直于小微米管道，因此较大的颗粒并不容易通过界面；此外由于其具有数十微米的结构，因此对加工技术要求较高，难以满足大范围应用的要求。因此需要开发一种具有更高交换速率、更大的稳定气液界面面积的气液界面结构，并将其与微流控芯片管道相结合，以满足日益拓展的芯片气液界面应用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种具有较高气体交换速率，较大气体物质捕获面积并且廉价易行的微芯片气液界面构建方法，以满足烟气分析等应用的需求。本专利技术的技术方案如下：一种大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片，它是以具有镂空花纹的纸为基材，以聚二甲基硅氧烷渗透填充纸基材的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片。上述的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片，所述的基材纸可以是纤维结构的片状材料，包括各类纸张、塑料滤膜或电纺丝膜。上述的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片的制法，它包括下列步骤：步骤1.使用一定方法(包括机械雕刻、激光刻蚀、电纺丝的方法)制造具有镂空花纹的纸作为纸基，镂空区域边缘上任意两点距离小于500微米；步骤2.，配制聚二甲基硅氧烷(PDMS)的前聚体和固化剂混合物，按照质量比为5:1-20:1充分混合；步骤3.将2中所配制的混合物均匀涂布在纸表面，在60℃-180℃加热直至完全固化，即得大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片。上述的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片在分离、分析和/或鉴定中的应用。本专利技术的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片所形成的纸基气液界面，其具有聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透填充纸的基本结构，其气液界面是由纸的镂空部分由于结合了聚二甲基硅氧烷(PDMS)而产生的较大表面张力来维持气液界面稳定性的。本专利技术的具体效果如下：通过将纸和聚二甲基硅氧烷(PDMS)结合，既保留了纸具有较好的微观机械稳定性和较薄的尺寸特点，又获得了聚二甲基硅氧烷(PDMS)良好的疏水性、生物安全性和易于与其它芯片结构结合的特性；使用的纸具有多孔结构，从而使聚二甲基硅氧烷(PDMS)有效与该结构相互穿透，不会被直接剥离。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的疏水性和镂空纸结合后结合边缘具有较大的表面张力这一特点，很好地实现了具有数百微米面积的大孔稳定气液界面，大大提高了微芯片流动体系下稳定气液界面可达到的气液界面物质交换速度，解决了传统气液界面对大颗粒物质的阻挡问题，从而拓展了微芯片气液界面的可应用范围。该界面在环境烟气物质分析特别是对带有粒相物的物质分析、微流控仿生气液交换系统的应用中具有重要意义。附图说明图1.微芯片气液界面基本结构示意图(侧视截面)。其中1.纸的多孔截面；2.纸上的镂空部分；3.聚二甲基硅氧烷(PDMS)；4.液体。I.一张具有多孔结构的纸；II.纸上具有镂空花纹；III.纸上结合了聚二甲基硅氧烷(PDMS)；IV.液体流过镂空部分因为较大的表面张力被限制在一定范围图2.气液界面结合微芯片形成稳定气液界面的实物图。为了验证气液界面的稳定性，使用带颜色溶液作为实验液体，用微量注射泵以流速4μl/min的速度通入管道，液体注入时间标注在附图左下角。图中深色孔洞即为填充完成的气液界面。组图显示，液体在孔洞内很快形成稳定的气液界面，并在连续流体流动中，气液界面保持稳定状态。图3.聚二甲基硅氧烷(PDMS)前聚体和固化剂不同比例制备的复合大孔气液界面样品其表面接触角随固化温度和固化时间关系图。图中三角形表示样品聚二甲基硅氧烷前聚体和固化剂比例为3:1；圆形表示为5:1；方形表示为10:1；样品的接触角反映了气液界面保持稳定性的能力，接触角大于90度则为疏水。结果显示当固化剂比例大于等于5:1时可以保证界面疏水，不同固化温度及固化时间对亲疏水性影响不大。图4.不同大小镂空孔洞及孔洞在流体管道中的位置与可承受的最大流速之间的关系。在最大流速范围内，气液界面稳定性将保持稳定，液体无法从界面流出。图中样品是使用镂空花纹为直径0.2mm的圆孔气液界面，结合在管道截面为1mm宽、0.4mm深，长度为2cm的管道不同位置，图中样品编号2-8分别对应离液体出液口距离为No.2对应4mm、No.3对应6mm、No.4对应8mm、No.5对应10mm、No.6对应12mm、No.7对应14mm、No.8对应16mm处的测试结果。误差统计基于3组数据。在微流体芯片的应用中，通常涉及的流速在数十微升每分钟，因此结果显示该芯片能够在大多数微流控流体流动系统中作为气液界面使用。图5.使用机械雕刻制造具有镂空花纹的塑料滤膜(津隆牌微孔过滤膜，直径50mm，孔径0.22μm)制作成的纸基芯片。其中白色区域为芯片，黑色区域为背景和机械雕刻出的镂空花纹，其中6×6的点阵列为机械雕刻出的直径为200μm的圆形区域。雕刻出的芯片可以浸润PDMS后固化，形成稳定的复合芯片。图6.激光刻蚀制造具有镂空花纹的滤纸(杭州沃华滤纸有限公司双全牌9mm定性滤纸)制作成的纸基芯片。其中白色区域为芯片，黑色区域为背景和机械雕刻出的镂空花纹，其中6×6的点阵列为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大孔纸基‑聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片，其特征是：它是以具有镂空花纹的纸为基材，以聚二甲基硅氧烷渗透填充纸基材的大孔纸基‑聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片。
【技术特征摘要】
1.一种大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片，其特征是：它是以具有镂空花纹的纸为基材，以聚二甲基硅氧烷渗透填充纸基材的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片。2.根据权利要求1所述的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片，其特征是：所述的基材纸是纤维结构的片状材料，包括各种类型纸张、塑料滤膜或电纺丝膜。3.根据权利要求1所述的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷复合微流控芯片，其特征是：镂空区域需构成区域边缘上任意两点距离小于500μm的一个区域。4.一种权利要求1所述的大孔纸基-聚二甲基硅氧烷...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐碧漪，上官金文，王莎，徐静娟，陈洪渊，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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