[发明专利]基于磁珠固定的微加工、表面修饰方法及微芯片结构

说明书

技术领域

本发明属于生物工程和分析化学技术领域，具体涉及微加工及表面修饰方法。

背景技术

近年来，微流控芯片技术在分析化学和生化检测领域得到越来越广泛的应用。其中，芯片通道内的微结构加工和芯片内部流动通路的表面修饰是芯片能够实现特定功能的一个重要的前提条件。用于芯片上微结构加工和表面修饰的方法很多，最常用的是光刻-化学蚀刻方法和软光刻方法。这些方法可以加工出很高精度的微结构，也可以在微通道表面修饰微细的图案。但是，这些加工方法通常都需要在芯片封装，即通道完全密闭前完成。最近，美国哈佛大学的Whitesides等人利用层流条件下的溶液扩散反应，在不同液体反应剂的界面沉积固体反应物，从而实现封闭微通道中的微加工工艺，但这种方法难以控制，所能加工的微结构也很简单。另外，现有的方法也都不能实现在封闭的微通道中随意产生、改变或者移走微结构，尽管这些操作都具有重要的应用意义。例如，可以在需要的时候产生、改变或者移走微结构，可以大大降低芯片设计的难度，避免某一操作所需要的微结构会对随后的实验操作带来干扰。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和微流控芯片技术的发展需要，提出了一种以微磁珠固定为基础的芯片内微结构加工和表面修饰的方法以及实现该方法的微芯片结构，以在需要的时候产生、改变或者移走微结构，降低芯片设计的难度，避免某一操作所需要的微结构会对随后的实验操作带来干扰。

本发明的技术方案如下：

该方法是通过在微流控芯片的微通道网络底部外，根据所需要加工的微结构形状或者表面修饰图案形状，直接加工电磁线圈或结合永磁体，通过永磁体的磁场或者加载电流使电磁线圈产生特定磁场吸附芯片微通道中流动的磁珠悬浮液中的微磁珠，使其按永磁体或电磁线圈的磁场控制作用排列，并固定在微通道底部，在微通道内形成所需要的特定三维微结构或者二维表面修饰图案。这些结构和修饰图案可以随磁场的改变而改变。当不需要微结构或表面修饰时，移走永磁体或关闭电磁线圈的控制电源，然后用液体冲洗掉未固定的磁珠；所述微通道网络通过进、出样口与外界管道连接，用于液体的流动；在加工了电磁线圈的微通道网络底部外覆盖有绝缘层，绝缘层外由支撑层作支撑。

实现上述方法的微芯片结构通常包括通道层、支撑及电极层、绝缘层及支撑层；如果采用永磁体产生磁场，可以只有通道层和支撑层。所述通道层上面加工微通道网络，分别与进出样口相连接，支撑及电极层(在采用永磁体时是支撑层)与通道层通过物理方法结合，作为芯片中微通道网络的底部，和通道层一起构成封闭的流动网络，微通道网络内通入有磁珠悬浮液；在所述支撑及电极层中加工有电磁线圈，用来产生特定的磁场。经过加工处理的永磁体可以设置在微通道网络的底部，也可以用来产生特定的磁场。永磁体或电磁线圈的形状根据需要加工的微结构形状或者表面修饰图案形状确定。对于采用电磁线圈产生磁场的芯片，在支撑及电极层表面还覆盖绝缘层，支撑层结合在绝缘层外。

所述微芯片的通道层采用玻璃、有机玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等透明芯片加工材料制成。

所述微芯片的微通道的底部很薄，小于50微米。

所述磁珠的直径在几十纳米到几十微米之间。磁珠内部为超顺磁颗粒，外面由有机材料包裹。

利用上述以磁珠固定为基础的微结构加工和表面修饰方法可以在芯片上进行细胞固定和控制细胞定向生长，通过让大量磁珠按一定方向排列，可以形成微水坝结构，让细胞依靠微水坝排列固定。也可以让表面用poly-lysine修饰后的、直径很小(1微米或者亚微米)的磁珠颗粒在通道底部排列成特定图案，以控制细胞的定向生长。

本发明提出的方法和芯片结构具有以下优点：

1)芯片设计要求低，所需要的加工条件也很低，容易推广；

2)通道内的微结构和表面修饰图案可以根据要求(如实验进度)而随时改变，增减；

避免某一操作所需要的微结构会对随后的实验操作带来干扰。

3)芯片内部结构的组合和排列，可以产生很多新的功能。

附图说明

图1是芯片的剖面结构示意图；

图2是采用永磁铁时的芯片的剖面结构示意图；

图3是芯片的通道层示意图；