一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用技术

一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用，它涉及一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用。本发明专利技术要解决现有的基于介电泳连续性颗粒分离方法中颗粒聚集过程需要复杂地流体操控和不紧凑的外接设备，无法直接与其它微流控芯片进行集成等问题。芯片：基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片和ITO玻璃基底组成；所述PDMS盖片键合在ITO玻璃基底上，在PDMS盖片上印刷有通道。制备方法：一、电极的加工；二、通道模具的加工；三、PDMS盖片加工；四、芯片的制备。基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片用于微尺度颗粒分离。

Micro scale particle separation chip based on induced charge electroosmosis and dielectrophoresis and preparation method and application thereof

A charge induced dielectrophoresis electroosmosis and microscale particle separation chip and its preparation method and application based on, it relates to a charge induced dielectrophoresis electroosmosis and microscale particle separation chip and its preparation method and application based on. The present invention is to solve the existing continuous particle particle separation method based on dielectrophoresis in the aggregation process requires complex fluid manipulation and compact external devices, can not be integrated with other microfluidic chip directly. Chip: micro scale particle separation chip based on induced charge electroosmosis and dielectrophoresis is made up of PDMS cover sheet and ITO glass substrate; the PDMS cover plate is bonded on the ITO glass substrate and is printed on the PDMS cover plate. Preparation method: 1. Electrode processing; two, channel mold processing; three, PDMS cover sheet processing; four, chip preparation. A micro scale particle separation chip based on induced charge electroosmosis and dielectrophoresis is used for microscale particle separation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用。
技术介绍
微尺度颗粒的分离是解决水质监测，癌症的早期诊断，环境的检测等重要问题中的一个关键步骤。为此，诸如电渗、电泳、介电泳、惯性力和离心等分离方法被提出。在这些分离方法中，介电泳是一种比较操作简单，可控性比较强分离方法，因为基于介电泳的颗粒分离的操作过程没有移动的机械零件，使用电场操控，操作没有生物标记。基于介电泳连续性颗粒分离的微流控芯片已经成功地为检测病原体及时诊断治疗和检测细菌进行水质分析方面提供了重要的支撑。将混合颗粒聚集为一条理想宽度的粒子流能够保证所有颗粒进入介电泳力作用范围之前沿着相同轨迹移动和从相同的位置进入介电泳力作用范围，因此它是基于介电泳连续性颗粒分离的一项重要的步骤。但是，这个步骤的实现通常仅仅依赖于流体挤压效应。这个效应共有四个步骤：(1)将含有颗粒的溶液注入装置的一个装置的入口；(2)将缓冲溶液注入到剩余的一个或多个入口；(3)通过调节外接微泵或者液面差去调节流体的流速；(4)在流体达到稳定的状态时，颗粒在流体挤压效应下被聚集为一条粒子流。运用上述聚集方法的介电泳连续性颗粒分离方法，虽然已经被用到多种颗粒的分离，并且具有较高的分离效率，但是其操作过程中复杂的流体控制和冗余的外接设备(多个流体微泵)使得该方法不能够与其他微流控芯片进行集成，实现一些综合的功能。因此需要寻找一种更好的颗粒聚集方法代替当前的这种流体挤压效应去改善当前的基于介电泳连续性颗粒分离方法。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的基于介电泳连续性颗粒分离方法中颗粒聚集过程需要复杂地流体操控和不紧凑的外接设备，无法直接与其它微流控芯片进行集成等问题，而利用诱导电荷电渗效应代替流体挤压效应去完成颗粒聚集过程，提出一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片及其制备方法与应用。一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片和ITO玻璃基底组成；所述PDMS盖片键合在ITO玻璃基底上，在PDMS盖片上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口，所述通道的右端设置有第三出口，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口和第二出口，在所述第三出口的侧下方设置有第四出口，所述第三出口的出口方向与所述第四出口的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区，右侧为分离区，中间为过渡区；所述分离区的左端为窄入口，所述第一出口、第二出口和窄入口设置在过渡区内；设置在分离区内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对的一侧为第四出口侧；所述的ITO玻璃基底上固定有第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极、第八激发电极和悬浮电极；所述悬浮电极设置在聚集区内；所述第一激发电极的内侧和第二激发电极的内侧分别设置在悬浮电极的两侧，且关于悬浮电极中心线对称；所述第三激发电极的内端部、第四激发电极的内端部、第五激发电极的内端部、第六激发电极的内端部、第七激发电极的内端部和第八激发电极的内端部从左至右依次设置在电极侧；所述的第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极、第八激发电极和悬浮电极是在ITO玻璃基底的表面导电侧通过软光刻技术处理得到的。本专利技术的所述第一出口的出口宽度为350微米，第二出口的出口宽度为350微米，所述分离区内的通道的宽度为200微米；所述第三激发电极、第四激发电极、第五激发电极、第六激发电极、第七激发电极和第八激发电极中相邻两个电极的内端部的距离相等。所述通道对缓冲液和颗粒有导向作用。本专利技术一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的制备方法具体是按以下步骤进行的：一、电极的加工：①、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去离子水中超声清洗10min～15min，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为100℃～120℃下加热10min～15min，自然冷却至室温，得到预处理后的ITO玻璃；②、甩胶：在通风洁净的环境下，向预处理后的ITO玻璃上滴加AZ光刻胶，当滴加一滴体积约为20微升的光刻胶后要翻转预处理后的ITO玻璃，在5min中内将AZ光刻胶覆盖至处理后的ITO玻璃表面三分之二的面积，得到涂胶后的ITO玻璃，然后将涂胶后的ITO玻璃送入匀胶机中，在转速为3300r/min的条件下进行匀胶，得到匀胶后的ITO玻璃；③、曝光：在温度为100℃的热板上，将甩胶后的ITO玻璃加热6min，自然冷却至室温，然后利用曝光箱进行曝光，曝光时间为195s，得到曝光后的ITO玻璃；④、显影：利用正光刻胶显影液对曝光后的ITO玻璃进行显影，显影时间为5min～7min，得到显影后的ITO玻璃，采用清水对显影后的ITO玻璃进行冲洗后，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如显影不彻底可再次进行显影，最终得到显影完全的ITO玻璃；⑤、坚膜：在温度为120℃的热板上，将显影彻底的ITO玻璃进行坚膜，坚膜时间为6min～8min，自然冷却至室温，得到坚膜后的ITO玻璃；⑥、刻蚀：将坚膜后的ITO玻璃放入浓盐酸中进行刻蚀，刻蚀时间为25min～35min，在刻蚀过程中每隔5min进行一次摇晃，采用清水对刻蚀后的ITO玻璃进行清洗，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如刻蚀不彻底可再次进行刻蚀，最终得到刻蚀彻底的ITO玻璃；⑦、去除光刻胶：将刻蚀完全的ITO玻璃置于去胶溶液中浸泡，去除光刻胶，然后依次采用洗洁精、酒精和去离子水进行冲洗，氮气吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底；二、通道模具的加工：①、采用长为6厘米宽为4厘米的玻璃作为通道模具的基底，先采用洗洁精清洗后再采用去离子水冲洗，采用氮气吹干，得到洁净的玻璃；②、在温度为120℃的条件下洁净的玻璃进行烘烤，自然冷却至室温，得到干燥的玻璃；③、在没有白光的条件下，将干膜按照干燥的玻璃的尺寸进行裁剪，然后将干膜粘贴在干燥的玻璃上，得到粘贴有干膜的玻璃；④、对贴好干膜的玻璃依次进行曝光和显影后，在温度为50℃的条件下，将显影完全的粘贴有干膜的玻璃置于烤板上进行坚膜，坚膜时间为3min～6min，自然冷却至室温，得到通道模具；三、PDMS盖片加工：①、PDMS盖片材料的配制：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，得到PDMS盖片材料；所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；②、浇筑通道：用锡箔纸将通道模具包覆成方形开口槽，且通道模具的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的通道模具放置在真空釜中，将70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真空3min～4min，静置10min～15min，再在硅烷处理后的通道模具上浇筑步骤三①中配制的PDMS盖片材料，抽真空35min～40min，保证无气泡后，置于温度为80℃～100℃下加热2.5h～3.5h，进行固化；③、PDMS通道处理：采用刀片将位于通道模具边缘外侧的固化后的PDMS盖片材料切除，将PDMS盖片材料和通道模具通过镊子进行分离，得到PDMS盖片；四、芯片的制备：将ITO玻璃基底设有电极的一侧和PDMS盖片设有流道的一侧朝上，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片，其特征在于基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片(9)和ITO玻璃基底(13)组成；所述PDMS盖片(9)键合在ITO玻璃基底(13)上，在PDMS盖片(9)上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口(15)，所述通道的右端设置有第三出口(10)，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口(2)和第二出口(12)，在所述第三出口(10)的侧下方设置有第四出口(11)，所述第三出口(10)的出口方向与所述第四出口(11)的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区(17)，右侧为分离区(18)，中间为过渡区(19)；所述分离区(18)的左端为窄入口(20)，所述第一出口(2)、第二出口(12)和窄入口(20)设置在过渡区(19)内；设置在分离区(18)内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对称的另一侧为第四出口侧；所述的ITO玻璃基底(13)上固定有第一激发电极(1)、第二激发电极(14)、第三激发电极(3)、第四激发电极(4)、第五激发电极(5)、第六激发电极(6)、第七激发电极(7)、第八激发电极(8)和悬浮电极(16)；所述悬浮电极(16)设置在聚集区(17)内；所述第一激发电极(1)的内侧和第二激发电极(14)的内侧分别设置在悬浮电极(16)的两侧，且关于悬浮电极(16)中心线对称；所述第三激发电极(3)的内端部、第四激发电极(4)的内端部、第五激发电极(5)的内端部、第六激发电极(6)的内端部、第七激发电极(7)的内端部和第八激发电极(8)的内端部从左至右依次设置在电极侧；所述的第一激发电极(1)、第二激发电极(14)、第三激发电极(3)、第四激发电极(4)、第五激发电极(5)、第六激发电极(6)、第七激发电极(7)、第八激发电极(8)和悬浮电极(16)是在ITO玻璃基底(13)的表面导电侧通过软光刻技术处理得到的。...

【技术特征摘要】
1.一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片，其特征在于基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片由PDMS盖片(9)和ITO玻璃基底(13)组成；所述PDMS盖片(9)键合在ITO玻璃基底(13)上，在PDMS盖片(9)上印刷有通道；所述通道的左端设置有入口(15)，所述通道的右端设置有第三出口(10)，所述通道中间位置的垂直方向上对称设置有第一出口(2)和第二出口(12)，在所述第三出口(10)的侧下方设置有第四出口(11)，所述第三出口(10)的出口方向与所述第四出口(11)的出口方向呈6°角设置；在所述通道的中间位置分隔为三个区域，左侧为聚集区(17)，右侧为分离区(18)，中间为过渡区(19)；所述分离区(18)的左端为窄入口(20)，所述第一出口(2)、第二出口(12)和窄入口(20)设置在过渡区(19)内；设置在分离区(18)内的通道的一侧为电极侧，电极侧相对称的另一侧为第四出口侧；所述的ITO玻璃基底(13)上固定有第一激发电极(1)、第二激发电极(14)、第三激发电极(3)、第四激发电极(4)、第五激发电极(5)、第六激发电极(6)、第七激发电极(7)、第八激发电极(8)和悬浮电极(16)；所述悬浮电极(16)设置在聚集区(17)内；所述第一激发电极(1)的内侧和第二激发电极(14)的内侧分别设置在悬浮电极(16)的两侧，且关于悬浮电极(16)中心线对称；所述第三激发电极(3)的内端部、第四激发电极(4)的内端部、第五激发电极(5)的内端部、第六激发电极(6)的内端部、第七激发电极(7)的内端部和第八激发电极(8)的内端部从左至右依次设置在电极侧；所述的第一激发电极(1)、第二激发电极(14)、第三激发电极(3)、第四激发电极(4)、第五激发电极(5)、第六激发电极(6)、第七激发电极(7)、第八激发电极(8)和悬浮电极(16)是在ITO玻璃基底(13)的表面导电侧通过软光刻技术处理得到的。2.根据权利要求1所述的基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片，其特征在于所述第一出口(2)的出口宽度为350微米，第二出口(12)的出口宽度为350微米，所述窄入口(20)的宽度为200微米。3.根据权利要求1所述的基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片，其特征在于所述第三激发电极(3)、第四激发电极(4)、第五激发电极(5)、第六激发电极(6)、第七激发电极(7)和第八激发电极(8)中相邻两个电极的内端部的距离相等。4.如权利要求1所述的一种基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的制备方法，其特征在于基于诱导电荷电渗和介电泳的微尺度颗粒分离芯片的制备方法具体是按以下步骤进行的：一、电极的加工：①、清洗ITO玻璃：首先将ITO玻璃依次置于丙酮、酒精和去离子水中超声清洗10min～15min，氮气吹干，然后将氮气吹干后的ITO玻璃置于温度为100℃～120℃下加热10min～15min，自然冷却至室温，得到预处理后的ITO玻璃；②、甩胶：在通风洁净的环境下，向预处理后的ITO玻璃上滴加AZ光刻胶，当滴加一滴体积约为20微升的光刻胶后要翻转预处理后的ITO玻璃，在5min中内将AZ光刻胶覆盖至处理后的ITO玻璃表面三分之二的面积，得到涂胶后的ITO玻璃，然后将涂胶后的ITO玻璃送入匀胶机中，在转速为3300r/min的条件下进行匀胶，得到匀胶后的ITO玻璃；③、曝光：在温度为100℃的热板上，将甩胶后的ITO玻璃加热6min，自然冷却至室温，然后利用曝光箱进行曝光，曝光时间为195s，得到曝光后的ITO玻璃；④、显影：利用正光刻胶显影液对曝光后的ITO玻璃进行显影，显影时间为5min～7min，得到显影后的ITO玻璃，采用清水对显影后的ITO玻璃进行冲洗后，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如显影不彻底可再次进行显影，最终得到显影完全的ITO玻璃；⑤、坚膜：在温度为120℃的热板上，将显影彻底的ITO玻璃进行坚膜，坚膜时间为6min～8min，自然冷却至室温，得到坚膜后的ITO玻璃；⑥、刻蚀：将坚膜后的ITO玻璃放入浓盐酸中进行刻蚀，刻蚀时间为25min～35min，在刻蚀过程中每隔5min进行一次摇晃，采用清水对刻蚀后的ITO玻璃进行清洗，采用氮气吹干，置于显微镜下观察，如刻蚀不彻底可再次进行刻蚀，最终得到刻蚀彻底的ITO玻璃；⑦、去除光刻胶：将刻蚀完全的ITO玻璃置于去胶溶液中浸泡，去除光刻胶，然后依次采用洗洁精、酒精和去离子水进行冲洗，氮气吹干，置于烤箱中烘干，得到ITO玻璃基底(13)；二、通道模具的加工：①、采用长为6厘米宽为4厘米的玻璃作为通道模具的基底，先采用洗洁精清洗后再采用去离子水冲洗，采用氮气吹干，得到洁净的玻璃；②、在温度为120℃的条件下洁净的玻璃进行烘烤，自然冷却至室温，得到干燥的玻璃；③、在没有白光的条件下，将干膜按照干燥的玻璃的尺寸进行裁剪，然后将干膜粘贴在干燥的玻璃上，得到粘贴有干膜的玻璃；④、对贴好干膜的玻璃依次进行曝光和显影后，在温度为50℃的条件下，将显影完全的粘贴有干膜的玻璃置于烤板上进行坚膜，坚膜时间为3min～6min，自然冷却至室温，得到通道模具；三、PDMS盖片加工：①、PDMS盖片材料的配制：将PDMS与固化剂混合，搅拌均匀，得到PDMS盖片材料；所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1；②、浇筑通道：用锡箔纸将通道模具包覆成方形开口槽，且通道模具的通道一侧朝上放置，然后把锡箔纸包好的通道模具放置在真空釜中，将70μL～100μL的三甲基氯硅烷注入真空釜中，抽真...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉坤，姜洪源，陈晓明，陶冶，侯立凯，邓小康，刘维宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23