[发明专利]一种集成PDMS薄膜的微流控器件及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及微流控器件，具体地说，涉及制作集成PDMS薄膜微流控器件，并用于微流控体系中结晶的方法。

背景技术

微流控器件在微流控体系中起功能载体的作用，微流控体系中的富集、分离或其它功能都是由微流控器件单独或相互配合完成的。

在微流控体系中进行溶液结晶尤其是生物分子如蛋白质溶液的结晶可以避免传统宏观体系结晶的对流效应的影响，而且在微流控体系中长出微小晶体可以在线分析，避免了分离晶体时对晶体带来的影响和污染，而且可以节约某些贵重药品的用量。因此在微流控体系中进行溶液的结晶有着重要的意义。

PDMS(聚二甲基硅氧烷)薄膜具有良好的透气性和弹性，在分析化学、生物化学和微流控领域有着广泛的应用。文献报导的PDMS薄膜的制作方法主要包括：旋涂法(Spin-coating)(M A.Unger，H.Chou，T.Thorsen，A.Scherer and S.Quake，Science 288，113-16(2000).)，固体模板法(B.Ma，X.M.Zhou，J.H.Qin，Electrophoresis 28，2474-2477(2007).)。但这些方法需要旋涂仪、固体模板等复杂机械设备，且通过这些方法制作的PDMS薄膜厚度在50微米以上，其缺点是成本高，制备步骤复杂，实验条件苛刻，无法制备更薄的薄膜，限制了这些方法的广泛应用。显然，发展简单、快速和低成本以及获得更薄PDMS薄膜制的制作方法和技术刻不容缓。

发明内容

为了在微流控体系中进行结晶实验，本发明提出了一种超低成本、快速、简单，且能制得最薄处厚度小于10微米的PDMS薄膜，并将其集成于微流控芯片中供进一步使用。这种基于液滴模板和打印模板的集成有PDMS薄膜的微流控芯片可以方便制得，并且在样品富集等方面也有潜在的应用。利用本发明可以制得微米尺寸的晶体。

一种集成聚二甲基硅氧烷薄膜的微流控器件，它是集成有聚二甲基硅氧烷薄膜的聚二甲基硅氧烷-玻璃杂交微流控芯片，它有如下结构：在平板玻璃片上黏贴有3-5毫米厚的聚二甲基硅氧烷片，聚二甲基硅氧烷片与玻璃的贴合面上有一宽100-200微米，长1.5-2.5厘米，深10-20微米的凹槽，形成微流管道，在微流管道中心位置的上方的聚二甲基硅氧烷片的表面有一直径为2-6毫米的凹球面，凹球面的最低点与微流管道之间的聚二甲基硅氧烷的厚度为等于或小于10微米，在微流管道的两端位置的聚二甲基硅氧烷片上分别有直径为2-3毫米的小孔，小孔与微流管道相通，构成储液池。

一种制备上述集成聚二甲基硅氧烷薄膜的微流控器件的方法，它包括如下步骤：

步骤1.制作打印模板(参见：N.Bao，W.Zhang，J.J.Xu，H.Y.Chen，J.Chromatogr.A1089，270-5(2005).)：

剪裁一片具有一定刚性的疏水型高分子薄片，如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)胶片，为疏水基底，用喷墨打印机在该基底上打印碳粉管道，基底四周用3-5毫米高的固体条状物作为垒，形成疏水基底模具，由于打印的碳粉有一定高度，与基底形成高度差，因此可得到以碳粉为基础的阳模，

步骤2.将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体倒入步骤1制得的打印了碳粉管道模板的疏水基底模具中，

步骤3.在碳粉管道的正上方将水滴滴入步骤2疏水基底模具中的聚二甲基硅氧烷预聚体中，

步骤4.待水滴下沉后，在60-80℃的烘箱中加热，使聚二甲基硅氧烷交联固化，

步骤5.固化后，将聚二甲基硅氧烷薄膜和与疏水基底揭开分离，用打孔器在聚二甲基硅氧烷片的碳粉管道两端打孔制得储液池，制得集成有聚二甲基硅氧烷薄膜和管道的PDMS片，然后将其与一块干净的玻璃直接贴合，除去PDMS固化物与玻璃之间的气泡，制得集成聚二甲基硅氧烷薄膜的微流控器件，即集成有PDMS薄膜的PDMS-玻璃杂交微流控芯片。

上述的微流控器件的制法，步骤2所使用的聚二甲基硅氧烷预聚体是由聚二甲基硅氧烷本体与交联剂以质量比10∶1的比例混合而成。

上述的微流控器件的制法，在步骤3中，可以通过控制滴入水滴的体积调节聚二甲基硅氧烷薄膜最薄处的厚度。

本发明中使用的水滴的体积大于20微升。水滴体积在20微升时即可得到厚度小于十微米的PDMS薄膜。

本发明中PDMS薄膜最薄处的典型厚度为小于10微米，该薄膜两表面形貌不同，与疏水基底接触面为平整光滑面，与水滴接触面为类凹球面。具体厚度可由控制滴入PDMS预聚体中的水滴的体积、质量决定。