一种微流控芯片分析仪及配套芯片制造技术

本发明专利技术涉及一种采用激光照射驱动待测液体流动的微流控芯片分析仪以及配套的专用芯片，所述的微流控芯片分析仪通过可控光源对芯片分析工作区表面预定线路进行精确照射，使芯片分析工作区表面具有亲水性，从而引导待测液体在芯片表面可控、可逆流动，并可获取确定体积的待测液体。此微流控芯片分析仪及芯片可大规模应用于临床、食品、医药、化工、环境、畜牧、农业等方面所需的快速、集成检测分析，与现有技术微流控芯片分析技术相比，不需要在芯片上加工密集的微通道，具有芯片结构简单、制造成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流控芯片分析仪，尤其涉及采用激光照射驱动待测液体流动的微流控芯片分析仪以及配套的专用芯片。
技术介绍
目前，微流控芯片是以微管道网络为结构特征，其材料选择和通道设计是微流控芯片以及相应分析仪技术发展的关键因素。最初的微流控芯片是利用光刻、湿腐蚀技术、电感耦合等离子体刻蚀等技术在玻璃、石英、硅片上刻蚀出微通道。但是，以玻璃、石英、硅片为基质来制作微流控芯片技术工艺复杂、冗长、步骤烦琐、成本高。近年来，微流控芯片多采用高分子材料，例如刚性的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、弹性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等，以利用其加工容易、成本低等的优点。高分子材料为基质的微流控芯片通常采用压模，注塑，X光刻蚀或激光刻蚀等方法制作。上述现有技术的微流控芯片，均需要在工作分析区制作大量微通道，例如在一块片基上加工96条微通道，因此存在制造技术复杂、工艺步骤多、制作成本高的缺点。此外，现有技术微流控芯片分析仪中对待测液体流动采用高压电场或泵驱动源，增加了芯片结构的复杂程度，也增加了对芯片上液体驱动控制的难度。因此，需要一种结构简单、制作成本低、液体流动控制简单精确的微流控芯片以及相应的分析仪。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种微流控芯片分析仪以及配套的专用微流控芯片，可以克服现有技术微流控芯片存在的结构、制作工艺复杂、及液体流动驱动控制困难的缺陷。首先介绍本专利技术的微流控芯片分析仪和专用芯片的基本结构以及其工作原理。本专利技术的微流控芯片利用绝缘材料表面充有电荷后水浸润性的变化，使芯片分析工作区表面具有亲水性，从而引导待测液体在芯片表面流动。而这种绝缘材料表面充有电荷的过程是通过本专利技术的微流控芯片分析仪执行，具体地说，分析仪内的可控光源对芯片表面进行精确照射，实现芯片表面预定路线上水浸润性改变，由此实现待测液体流动的可控性；同时可采用另一可控光源照射已充电区域下方的光导材料，改变其电导率，可使该充电区域通过接地放电恢复其表面疏水性。两种方法结合，可实现待测液体可控、可逆流动，并通过采用虹吸腔的方式将待测液体分割出所需体积。本专利技术的第一种微流控芯片，在光学玻璃或透明塑料材料的基板，例如聚碳酸酯塑料(PC)或聚酯塑料(PET)表面，通过真空磁控溅射、真空化学沉积等表面成膜技术，形成透明导电薄膜，该层透明导电膜采用例如氧化铟锡材料，然后在该层透明导电膜上沉积第一层光导材料，该第一层光导材料可采用例如硒碲合金材料，该层光导材料具有在蓝绿激光照射下材料层内部沿与层表面垂直方向呈现低电阻的物理特性，在上述第一层光导材料上再沉积具有光伏特性的第二层光伏材料，该第二层光伏材料采用例如二氧化钛(TiO2)材料，该第二层光伏材料具有在紫外线激光照射下被照射表面充电而呈现亲水性的物理特性，在第二层光伏材料上设置以塑料为基材的双面胶衬板层，双面胶衬板层具有小于0.2毫米的厚度，该双面胶衬板层为具有缺口的矩形环状，矩形环内所包围的第二层光伏材料上表面为分析工作区，在第二层光伏材料上表面分析工作区内表面涂覆一层硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，使第一层光伏材料上的分析工作区具有强疏水性，双面胶衬板上设置盖片，盖片采用光学石英玻璃或其它可透明紫外线光束的透明材料，例如聚丙烯酸酯塑料，在盖片下表面对应分析工作区的部分也涂覆硅烷薄膜或四氟乙烯薄膜，使盖片下表面对应分析工作区的部分具有强疏水性，由此形成分析工作区上高度小于等于0.2毫米的空腔。盖片上表面通过丝网印刷方式加上定位标记，用于芯片在分析仪中使用时进行定位。利用双面胶衬板将沉积了透明导电膜、第一层光导材料、第二层光伏材料并在分析工作区涂覆疏水性薄膜的基板与盖片紧密结合并相互固定。在环状双面胶缺口外的第二层光伏材料上表面保留了储液区，该储液区用于将待测液体直接滴注在芯片该区域，然后将芯片放置在分析仪进行测试分析。在本专利技术的上述第一种微流控芯片中，包围分析工作区的矩形环状部件也可以通过光刻、压模等加工工艺将具有一定硬度的0.2毫米厚胶质材料例如光刻胶直接成型在第二层光伏材料上表面，获得与第二层光伏材料层黏合为一体的胶质材料层构成的矩形环状部件，并且形成高度小于等于0.2毫米的分析工作区上方空腔，然后在分析工作区内第二层光伏材料上表面涂覆疏水性材料薄膜，加盖片与胶质材料层结合固定。使用时，芯片被放置在本专利技术的分析仪的载物工作台上，该载物工作台由两台步进电机驱动，该载物工作台可根据实际需要放置若干张芯片进行测试，例如放六张芯片，通过分析仪将微流控芯片的第一层透明导电薄膜接地，分析仪内载物工作台上下分别设置有上工作台和下工作台，上工作台由两台步进电机驱动，以便上工作台连同所安装的紫外线激光头在二维平面内精确移动，使得上工作台上所安装的紫外线激光头精确对准分析工作区内所需要照射位置，紫外线激光头发出的聚焦紫外线激光透射过透明盖片后照射在本专利技术芯片第二层光伏材料的分析工作区，在第二层光伏材料表面定点形成表面充电区域，该充电区使得分析工作区表面相应位置形成亲水区域，下工作台同样由两台步进电机驱动在二维平面内精确移动，控制下工作台上所安装的蓝绿光激光头精确移动以便对准第一层光导材料层上所指定位置，蓝绿光激光头发出的聚焦蓝绿光激光透射过基板和透明导电膜后，照射在第一层光导材料上，在光导材料内形成沿该层厚度方向上低电阻的定点区域，由于该低电阻区域使得该第一层光导材料之上的第二层光伏材料在对应位置上的充电电荷经过第一层低电阻光导材料和透明导电膜接地放电，从而使分析工作区上表面丧失亲水性而恢复强疏水性，由于分析工作区上方的微高度空腔部分形成基于毛细原理的虹吸通道，通过控制紫外线激光头的精确移动和蓝绿光激光头的精确移动来形成亲水区连续移动，从而引导待测液体从储液区进入分析工作区，并按照紫外线激光头的运动路线使待测液体在分析工作区表面受控地流动到指定位置并形成可控的分布。在本专利技术芯片的使用中，芯片上分析工作区内预定位置上预先固定干燥状态的化学分析试剂，分析试剂的位置相对应于盖片上表面的定位标记，以便分析仪在分析试验中能够按照定位标记将待测液体引导到指定化学分析试剂位置进行生化反应。反应开始一定时间后，通过对激光诱导荧光或化学发光信号检测，从而获得待测物质的测试结果。测试光信号的检测探头与紫外线激光头一同安装在上工作台上，二个步进电机驱动上工作台在二维平面内运动，以便将检测探头精确移动到分析工作区内的目标位置进行光信号强度测量。通过采用本专利技术的微流控芯片并采用相应分析仪进行上述控制，不但可把待测液流导引到需要的地方，而且还可以控制其分布的大小。并且这种待测液体的导引过程不但是可控的，而且是可逆的。本专利技术的第二种微流控芯片为第一种芯片的简化，由于采用较大功率例如0.1W至1.0W范围的紫外线激光照射第一层光导材料层上表面，从而直接在该第一层光导材料层上表面附近产生气体放电，使得第一层光导材料层上表面附近的气体形成等离子体，此等离子体使得疏水性材料薄膜表面带电，同样可实现在分析工作区上表面形成亲水区。此第二种芯片技术方案可以省略前述芯片技术方案中的第二层光伏材料层，矩形环状的双面胶衬板直接将基板上的第一层光导材料与盖片相互结合固定，在双面胶衬板所包围的第一层光导材料上表面仍然涂覆同第一种芯片技术方案相同的疏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片分析仪，其中所述微流控分析仪包括：载物工作台（４），为网格状矩形平台，其中设置六个中空方框，每个方框内镶嵌一块微流控芯片，载物工作台（４）由两台步进电机（４１、４２）驱动；其特征在于：所述分析仪进一步包 括：上工作台（２），位于载物工作台（４）之上，上工作台（２）由两台步进电机（２１、２２）驱动，上工作台上安装的紫外线激光头（２３）和检测探头（２４）；下工作台（３），位于载物工作台（４）之下，下工作台（３）由两台步进电机（３ １、３２）驱动，下工作台上安装蓝绿光激光头（３３）；操作面板（６），其与控制电路（５）之间连接信号线路，操作面板（６）上设置有按键和液晶显示器，用于操作人员手动按键产生对上工作台（２）、下工作台（３）的操作信号，并将操作信号传递给控 制电路（５），还用于由操作面板（６）的液晶显示器显示化学分析检测结果；控制电路（５），用于将操作信号转换为对上工作台步进电机（２１）和步进电机（２２）、下工作台步进电机（３１）和步进电机（３２）、载物工作台步进电机（４１）和步进电机 （４２）的控制信号，控制上工作台（２）、下工作台（３）和载物工作台（４）的动作，控制电路（５）还用于控制上工作台上安装的紫外线激光头（２３）及下工作台上安装的蓝绿光激光头（３３）的输出，以及接收来自检测探头（２４）的检测信号，并将检测信号转换为检测结果数据传送给操作面板（６）；控制电路（５）还与输入输出接口（７）之间连接信号线路；输入输出接口（７）接收来自外部设备对上工作台（２）、下工作台（３）和载物工作台（４）的操作控制指令，并通过信号线路传输给控制电路（５），输入 输出接口（７）还将来自控制电路（５）的检测结果信息输出给外部设备；微流控芯片包括：光学玻璃或透明光学塑料材料的基板（１０１），基板之上为一层透明导电薄膜（１０２），透明导电薄膜（１０２）在芯片长方向两角暴露出矩形区域 （１１０）和（１１１）作为放电接头，用于通过分析仪接地放电，透明导电膜之上为第一层光导材料（１０３），第一层光导材料之上为第二层光伏材料（１０４），第二层光伏材料上设置以塑料为基材的双面胶衬板层（１０５），双面胶衬板 层具有小于０．２毫米的厚度，该双面胶衬板层为具有缺口（１０９）的矩形环状，矩形环状双面胶衬板横向长度小于基板横向长度、而纵向宽...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宗小林，
申请(专利权)人：宗小林，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]