芯片其基片采用强疏水材质的霍乱诊断用微流控装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种芯片其基片采用强疏水材质的霍乱诊断用微流控装置，属于分析测试领域。廉价且极易加工的聚二甲基硅氧烷即PDMS如用来制作霍乱诊断用微流控芯片的基片则存在系列难题；该PDMS材料其表面强烈疏水，而针对性的表面改性或表面修饰，其效果难于持久，本案旨在解决该系列相关问题。本案要点是，基片选定具有原生态表面的PDMS，并将附设有微型超声波换能器的合页式夹具手动紧固定位在该微流控芯片的试样液流终端其近邻位置，以超声波降低界面张力，同时利用PDMS对超声波的强吸收能力，达成超声波强度在短距离内快速递减，从而在该芯片的两端形成界面张力差异，藉此促成试样液流沿着原本疏水的毛细管通道向该终端方向流动。

Chip based micro flow control device for cholera diagnosis using strong hydrophobic material

The invention relates to a chip based micro flow control device for diagnosing cholera by adopting a strong hydrophobic material. Cheap and easy processing of poly two methyl siloxane PDMS as substrate to make cholera diagnosis using microfluidic chips, there are a series of problems; the PDMS material on the surface of strong hydrophobic, and the targeted surface modification, the effect lasting, and aims to solve the relevant problems. The main point of the scheme is selected, the substrate surface has the original ecology of PDMS, and a hinge type fixture manual fastening and positioning with a miniature ultrasonic transducer terminal near the position in the sample flow liquid of the microfluidic chip, ultrasonic to reduce the interfacial tension, while using the PDMS of ultrasonic wave and strong absorption ability, achieve rapid ultrasonic intensity decline in short distance, thus forming interfacial tension difference at both ends of the chip, thereby enabling sample flow along the capillary channel originally hydrophobic to the terminal in the direction of flow.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种芯片其基片采用强疏水材质的霍乱诊断用微流控装置，属于分析测试领域。
技术介绍
相关多通道微流控霍乱诊断技术背景，可以参见CN 200910150930.4等专利技术专利申请案。仅就微流控技术其本身的整体概貌而言，可以参见著名微流控专家林炳承先生不久前出的专著“图解微流控芯片实验室”，该专著已经由科学出版社出版，该专著对微流控技术的过去、现在，以及，未来展望等等方面，都有着详尽的、深入到具体细节的长篇论述。那么，下面要谈谈本案关注的重点问题。微流控芯片的基本架构，包括刻蚀有微小液流通道的基片以及与之贴合在一起的盖片，所述基片上的微小液流通道，在装配上盖片之前，表观上看就是一些微槽道，要等到在其上覆盖了盖片之后，才真正闭合形成所述微小液流通道，该微槽道的槽道内表面连同包绕着该微槽道的那部分盖片一起构成所述的微小液流通道；那么，显然，装配完成了之后的该微小液流通道，它的内表面面积的主要部分是那个微槽道的内表面面积，换句话说，该微槽道内表面的状态或性质基本上决定了该微小液流通道的整体状态或性质；因此说，这个构建在基片上的微槽道的内表面状态或内表面性质是关键因素；原则上讲，任何的能够保持或基本保持其固体形态的材料，都能够用来制作基片及盖片，比如，能够用作基片及盖片的材料可以是单晶硅片、石英片、玻璃片、高聚物如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等等；当然，基片的选材和盖片的选材可以相同，也可以不相同；从材料耗费、制作难度以及应用普及前景等等方面来看，这些材料之间存在不小差异，尤其是那个基片的选材，影响较大。在各种基片制作材料中，聚二甲基硅氧烷，即PDMS，相对而言十分容易成型，在这样的基片上制作微槽道极其简单，并且该材料成本低廉，以该聚二甲基硅氧烷材料制作基片，在其上压制或刻蚀微槽道，并与玻璃或聚丙烯或其它塑料片等廉价材料制作的盖片相配合，貌似是一种比较理想的选择；当然，盖片材料也可以选择使用廉价的聚二甲基硅氧烷材料：那么，这种基片选材为聚二甲基硅氧烷材料的方案，材料极便宜，制作极简易，看似也应当
极易于普及、推广。但是，事情并非如此简单。其一，这个聚二甲基硅氧烷材料，即缩写字母PDMS所指代的材料，其本身是一种强烈疏水的材料，在这一材料上构建微槽道，如果不进行针对该微槽道表面的改性操作，那么，整体装配完成之后，即盖上盖片后，因结构中的所述微槽道其内表面占据了大部分的液流通道的内表面，那么，该PDMS微槽道内表面其强烈的疏水特性，是决定性因素，它会使得类似于水溶液的极性液体微细液流的通过变得十分困难，其流动阻力之大，甚至一般的微泵都难以推动，当然，如果盖片也选择使用该PDMS材料，那么，问题基本上一样，大同小异；因此，在现有技术之中，特别针对该PDMS材料上的微槽道内表面进行改性修饰，是必须的操作；那么，这个针对PDMS微槽道内表面的改性操作很麻烦吗？那倒也不是这个问题，构成严重技术困扰的，是另一个问题：这个PDMS材料基片其体相内部的PDMS聚合物分子具有自动向表面扩散、迁移的特性，这种基片体相内部PDMS聚合物分子自动向表面扩散、迁移的特性，将使得经过表面改性修饰的那个微槽道其内表面的改性之后的状态并不能维持足够长的时间，那个经表面改性之后的微槽道其内表面状态的维持时间大致仅够完成实验室内部测试实验的时间需要；换句话说，经过表面改性或表面修饰的该PDMS微槽道内表面，其改性之后或曰修饰之后所形成的表面状态并不能持久，而是很快地自动趋于或曰变回表面改性之前的表面状态，在较短的时间里就回到那种原本的强烈疏水的表面状态，那么，试想，这样的微流控芯片能够大量制作、大量储存、广泛推广吗，答案很明显，那就是，不可能。这个PDMS材料上的微槽道，不做表面修饰的话，类似于水溶液的极性溶液微细液流无法泵送通过，芯片也就没法使用；而如果做了表面修饰，又无法持久保持其修饰之后的状态，还是同样无法推广应用。那么，如何做到既能够利用廉价的PDMS材料来制作基片，而又能够解除所述微槽道内表面修饰状态无法持久、芯片无法大量制作、大量储备进而广泛推广这样一个令本领域众多专业人员长期纠结的困扰，就是一个明摆着的其技术障碍不可小觑的高难度问题。该高难度问题已经存在很多个年头了，迄今为止，尚未得到妥善解决。其二，未经表面修饰的PDMS材料，上文已经述及，其表面强烈疏水，这种强烈疏水的材料表面并且还有另一个问题，那就是，这种强烈疏水的PDMS表面会吸附生物大分子，并且，这些被吸附的生物大分子还会进一步地在PDMS表面上更深一步的沉陷，渐陷渐深，直至沉陷入到PDMS基片的体相之内，其实，这种过程，部分地也是由于PDMS材料体相内部聚合物分子具有向表面扩散、迁移运动所导致；这种情况，也可以从另一个角度来解释，即，持续不断地由PDMS体相内部向其表面扩散、迁移的那些聚合物分子，其运动的结果，是逐
渐地将那些已经被表面吸附的生物大分子卷入PDMS基片的体相之内，简单地说，这些被吸附的生物大分子就是被PDMS基片体相吞没了；那么，这种PDMS基片体相吞没生物大分子的现象，其所造成的影响，必然是导致涉及生物大分子的各类实验测试数据的严重偏差。如上所述，PDMS基片的问题是，它不但表面吸附生物大分子，而且吞没生物大分子，这样一来，作为实验测试对象的生物大分子其消失不会因为表面饱和吸附而停止，而是，不断被吸附，还不断地被吞没。关于PDMS基片在相关实验测试过程中其体相不断吞没测试相关生物大分子的现象，另一种解释是说，PDMS体相内存在大量的微小气孔，相关生物大分子被表面吸附之后，沉陷进入这些微小气孔，进而被吞没；然而，本案专利技术人认为，那些能够容许微小尺度的空气分子挤入其间的所述微小气孔，不等于说它们也能直接容许相对大尺度的生物大分子进入，两者在尺度上差别巨大，不可一概而论。撇开解释，无论怎样，作为相关测试分析对象的生物大分子被PDMS基片微槽道内表面吸附，进而不断被PDMS基片体相所吞没，这是已知客观存在的现象。为了阻止这种PDMS基片体相对于生物大分子的吞没作用，可以从遏制PDMS表面对生物大分子的吸附来着手解决，办法就是针对该PDMS材料表面进行化学修饰改性，对于以PDMS为基片材料的情况来讲，就是对所述的微槽道部分的表面进行化学修饰改性，经过化学修饰改性的所述微槽道内表面，能够遏制其对生物大分子的吸附，进而避免生物大分子被PDMS基片体相所吞没；但是，还是那个老问题，那就是，PDMS材料表面上的化学修饰改性之后的表面状态无法持久保持，该PDMS基片体相内部的聚合物分子其自动向表面扩散、迁移的过程，会很快地将那个经过表面化学修饰改性的微槽道内表面状态变回原本的强烈疏水并且强烈吸附生物大分子的状态，换句话说，无论该领域专业人员们怎样折腾，该PDMS基片其微槽道内表面总是快速地向强烈疏水表面状态演变。那么，如何既能够获得PDMS材料价格极其低廉、基片制作极其简易的好处，又能够达成长期遏制该PDMS基片微槽道内表面对生物大分子的吸附进程，进而阻止PDMS基片体相对生物大分子的吞没作用，使得相关芯片制成品能够维持一个足够长时间的、合理的保质期，就是一个十分棘手的难题。该难题如同上文述及的另一个难题一样，同样令本本文档来自技高网...

【技术保护点】
芯片其基片采用强疏水材质的霍乱诊断用微流控装置，该微流控装置的结构包括多通道微流控芯片，该微流控芯片的结构包括相互贴合装设在一起的基片和盖片，所述基片和盖片均为板状物或片状物，该基片的面向该盖片的那个面含有经由模压工艺或刻蚀工艺形成的槽道结构，该基片还含有与该槽道结构相连并且洞穿该基片的经由模压工艺、刻蚀工艺或简单打孔工艺形成的窗口结构，相互贴合安装在一起的该基片与该盖片共同构建成了含有管道结构以及与之相连的液池结构的微流控芯片，该管道的结构位置位于该基片与该盖片相互贴合的界面区域，该窗口其一侧被该盖片封堵而另一侧开放，该窗口的结构位置就是所述液池的结构位置，所述液池的数量是三个，其中的两个液池其结构位置位于该微流控芯片的进样端，余下的一个液池其结构位置位于该微流控芯片实际进样测试时其芯片内液体流动的终端，该终端与该进样端相互远离，该管道的一端经由同样位于该相互贴合的界面区域的歧管状岔道分别与位于进样端的该两个液池联通，该管道的另一端与位于该微流控芯片的所述终端的该余下的一个液池联通，以及，依序分别装设在该管道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及贴附在该导电性电极上的包埋了霍乱特异性抗体的金胶敏感膜构成，该管道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的管道由四条分支管道并联构成，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四条分支管道内，以及，该四个工作电极其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原分别是对霍乱抗体能特异性结合的四种霍乱抗原物质，该四种抗原物质分别是霍乱TP0821抗原以及霍乱TP0319抗原以及霍乱TP0624抗原以及霍乱O139抗原，所述工作电极其材质是黄金材质或热分解导电高分子材质，所述工作电极其形貌呈现片状或丝状，其特征在于，该基片其材质是聚二甲基硅氧烷材质，该基片其表面是原生形态的表面，该原生形态的表面其意思指的是没有经过任何表面化学修饰或任何表面化学改性的该材质的原生形态的表面，该装置的结构还包括合页式夹具，该合页式夹具其外形轮廓形似合页，该合页式夹具由相互铰接在一起的两个页片以及贯穿该两个页片的一个紧固螺丝以及一个与该紧固螺丝匹配并与该紧固螺丝套接在一起的用于手动紧固及手动松脱的螺帽构成，该合页式夹具的两个页片各以其末梢相互靠拢并夹持该微流控芯片，所述末梢定位在该微流控芯片的邻近所述终端的结构位置上，至少在其中的一个所述页片上贴附固定装设有微型超声波换能器，以及，高频振荡电讯号传输电缆，该高频振荡电讯号传输电缆的一端与该微型超声波换能器连接在一起；该合页式夹具提供了一个方便该装置拆解的功能；该微型超声波换能器其主要功能是在微流控芯片实际进样测试时，利用其所发射的超声波来降低试样溶液与所述管道的内壁之间的界面张力，使其能够相容，并且，利用所述进样端以及所述终端与该微型超声波换能器装设位置之间的距离差异以及其所感受到的超声波强度上的差异，诱导形成所述进样端其界面张力与所述终端其界面张力之间的差异，该微流控芯片该两端之间的界面张力差异会在该微流控芯片的该两端之间形成压力差异，该压力差异会驱动试样溶液向所述终端流动；该微型超声波换能器其功能还包括以其所发射的超声波遏止试样中所含有的生物大分子其在所述管道内表面上的吸附，进而遏止该聚二甲基硅氧烷材质的基片其体相对该生物大分子的吞没作用；所述聚二甲基硅氧烷材质的基片其功能包括与盖片及工作电极及对电极及参比电极一同构建该微流控芯片，柔软并具弹性的该聚二甲基硅氧烷材质的基片其功能还包括以其对超声波强烈吸收的性质，对超声波进行强烈吸收，并藉此在该微流控芯片该终端到该进样端之间的有限的短距离之内实现超声波强度的快速递减。...

【技术特征摘要】
1.芯片其基片采用强疏水材质的霍乱诊断用微流控装置，该微流控装置的结构包括多通道微流控芯片，该微流控芯片的结构包括相互贴合装设在一起的基片和盖片，所述基片和盖片均为板状物或片状物，该基片的面向该盖片的那个面含有经由模压工艺或刻蚀工艺形成的槽道结构，该基片还含有与该槽道结构相连并且洞穿该基片的经由模压工艺、刻蚀工艺或简单打孔工艺形成的窗口结构，相互贴合安装在一起的该基片与该盖片共同构建成了含有管道结构以及与之相连的液池结构的微流控芯片，该管道的结构位置位于该基片与该盖片相互贴合的界面区域，该窗口其一侧被该盖片封堵而另一侧开放，该窗口的结构位置就是所述液池的结构位置，所述液池的数量是三个，其中的两个液池其结构位置位于该微流控芯片的进样端，余下的一个液池其结构位置位于该微流控芯片实际进样测试时其芯片内液体流动的终端，该终端与该进样端相互远离，该管道的一端经由同样位于该相互贴合的界面区域的歧管状岔道分别与位于进样端的该两个液池联通，该管道的另一端与位于该微流控芯片的所述终端的该余下的一个液池联通，以及，依序分别装设在该管道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及贴附在该导电性电极上的包埋了霍乱特异性抗体的金胶敏感膜构成，该管道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的管道由四条分支管道并联构成，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四条分支管道内，以及，该四个工作电极其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原分别是对霍乱抗体能特异性结合的四种霍乱抗原物质，该四种抗原物质分别是霍乱TP0821抗原以及霍乱TP0319抗原以及霍乱TP0624抗原以及霍乱O139抗原，所述工作电极其材质是黄金材质或热分解导电高分子材质，所述工作电极其形貌呈现片状或丝状，其特征在于，该基片其材质是聚二甲基硅氧烷材质，该基片其表面是原生形态的表面，该原生形态的表面其意思指的是没有经过任何表面化学修饰或任何表面化学改性的该材质的原生形态的表面，该装置的结构还包括合页式夹具，该合页式夹具其外形轮廓形似合页，该合页式夹具由相互铰接在一起的两个页片以及贯穿该两个页片的一个紧固螺丝以及一个与该紧固螺丝匹配并与该紧固螺丝套接在一起的用于手动紧固及手动松脱的螺帽构成，该合页式夹具的两个页片各以其末梢相互靠拢并夹持该微流控芯片，所述末梢定位在该微流控芯片的邻近所述终端的结构位置上，至少在其中的一个所述页片上贴附固定装设有微型超声波换能器，以及，高频振荡电讯号传输电缆，该高频振荡电讯号传输电缆的一端与该微型超声波换能器连接在一起；该合页式夹具提供了一个方便该装置拆解的功能；该微型超声波换能器其主要功能是在微流控芯片实际进样测试时，利用其所发射的超声波来降低试样溶液与所述管道的内壁之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家雨，李榕生，朱云云，何家丽，干宁，吴大珍，雷克微，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33