[发明专利]微流控芯片及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于微流控技术领域，尤其涉及一种以微流控技术为基础的芯片及其制备方法和 在特定物质浓度检测中的应用。

背景技术

随着科学技术的不断进步，要求生化分析朝着体积更小、反应更快、灵敏度更高的方向 发展。在这种要求的基础上，Manz和Widmer于20世纪90年代初首次提出微全分析系统 (μ-TAS)的概念。在此后十余年中，该领域已发展为当前世界上最前沿的科技领域之一， 其核心技术即是以微流控技术(Microfluidics)为基础的微流控芯片。微流控芯片技术由于具 有微型化和集成化的特点，可将多步操作集中到一块芯片上，简化了操作过程，减少了样品 消耗，近几年在各种生物小分子的快速灵敏分析方面得到了广泛关注。

当微流控芯片的通道尺寸小到微米级甚至是纳米级时，液体在芯片中的混合及在芯片中 的驱动至关重要。要使化学反应进行得完全，其首要条件就是反应溶液的混合要完全。加速 反应液在微流控芯片中混合的方式有很多种，包括可加速溶液混合的被动式混合方式，例如 在通道中设计鱼骨状或锯齿状的障碍物、采用液滴式注入等；此外还包括采用外加动力(如 磁场力、压力、声场力、电场力等)的主动式混合方式。然而，加速溶液在芯片中混合的现 有方法存在诸多问题，例如芯片加工复杂、混合效率不高、需要外加动力、成本相对较高等。

现有可用于微流控芯片中流体驱动的驱动泵有很多种，如离心力驱动系统、压力驱动系 统、气动微泵、静电微泵、热气动力微泵和压电微泵等，但绝大部分的驱动泵都是脱离微流 控芯片而单独配置，然后再与微流控芯片连接，不仅加工复杂、成本高，而且与微全分析系 统微型化、轻便化、集成化的趋势相悖，液体的流速也不易控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种溶液混合效率高、溶液流速 稳定、体积小、结构简单、携带方便的微流控芯片以及一种低成本、易操作的微流控芯片的 制备方法，还提供一种不易受环境湿度影响、灵敏度高、检测效果好、且操作方便的微流控 芯片在检测三磷酸腺苷浓度中的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种微流控芯片，包括相互贴合的盖片 和基片，所述微流控芯片一侧设有两个以上的进样孔，每个进样孔连通有一进样流道，各个 进样流道交汇后与一主流道相连通，其特征在于：所述主流道上设有一收缩段形成一狭窄流 道，所述狭窄流道入口前的主流道上填充有微珠，微珠段的长度为0.5～1.5mm，所述微珠的 粒径大于所述狭窄流道的宽度以保证微珠不会从狭窄流道中渗出，所述主流道的出口连通至 所述微流控芯片另一侧设置的废液池中。在该技术方案中，由于在所述的主流道上设置有一 狭窄流道，而且在该狭窄流道前的主流道中装有一段孵育好的直径大于狭窄流道宽度的微珠， 这样当多种混合液体以层流的状态流经微珠段时，混合液体形成湍流，加速了不同种液体的 混合，缩短了不同种液体在微流控芯片中混合所需的时间。

上述的技术方案中，所述微流控芯片包括相互贴合的盖片和基片，所述盖片下方开设有 一上凹槽，所述废液池设于基片开设的下凹槽中并与上凹槽相对应，所述上凹槽上方的盖片 上通过布设蒸发孔与外界相连通，所述上凹槽中填充有吸水材料。在该改进后的微流控芯片 中，通过采用在微流控芯片的盖片上布设蒸发孔、填充吸水材料(例如吸水膜)的方式，将 基于毛细作用和蒸发作用的“微泵”集成于上述的微流控芯片上，该“微泵”的作用机理是：随 着微流控芯片中的液体从所述蒸发孔中不断蒸发，吸水膜则从所述废液池中不断吸收液体， 这促使所述主流道中的液体不断向废液池中流动，从而实现了对微流控芯片中液体的驱动。

上述的微流控芯片中，所述进样孔的孔径优选为1.8～2.2mm，所述蒸发孔的孔径优选为 3.8～4.2mm，所述狭窄流道的宽度优选为14～16μm，所述进样流道和主流道的宽度优选为 140～180μm。所有尺寸上的改进都是根据微流控芯片的大小及液体流速的要求经过反复实验 后确定出来。

上述的微流控芯片中，可以根据具体应用实践的不同而选择不同的微珠，但优选为牛血 清蛋白包被聚苯乙烯材料或二氧化硅材料制作成的微珠，所述微珠的粒径优选为18～30μm。 该优选的微珠具有粒径均匀、刚性较好的特点。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：