[发明专利]实现高温高压的连续流动型微流控芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微全分析系统领域，具体涉及一种连续流动型微流控芯片及其制备方法，可高效、安全地实现各类需要在高温高压下进行的化学、生物反应。

背景技术

微流控芯片是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位集成或基本集成在一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种迅速发展的高新技术，是多学科交叉科技前沿领域之一。微流控芯片在生物医学领域可以使珍贵的生物样品和试剂消耗降低到微升甚至纳升级，而且分析速度成倍提高，成本成倍下降；在化学领域可以在一块小的芯片上使用很少量样品和试剂，并在很短的时间同时完成大量实验，并且由于排污很少，也是一种环保的“绿色”技术。

高温高压环境可以增大很多化学反应的速率，改善各类反应的进行。但由于严格的安全预防要求，高压化学反应需要特殊的、复杂的、昂贵的设备，因此化学反应单元小型化到微米级可以提供大量的优势。在已有文献中仅有有限的信息记载了高压化学反应的微流体器件，Roald M.Tiggelaar等人（Roald M.Tiggelaar,Fernando Benito-Lopez,et al;Fabrication,mechanical testing and application of high-pressure glass microreactor chips,Chemical Engineering Journal 131(2007)163-170.）实现了能够达到90bar工作压强的基于玻璃的微反应芯片，但芯片内反应温度最高仅为100℃。到目前为止，利用高压环境来提高反应液体沸点，从而在在高压、高温（可达100℃以上）环境下进行化学反应，且工艺成熟、可批量化生产的集成化微流控芯片尚未出现。目前存在的相应装置，由于材料的化学不兼容性等限制，没有有效的方法同时实现高温、高压环境，且结构复杂庞大，制作工艺较为困难，操作不便。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种连续流动式的、实现高温高压反应环境的微流控芯片及其制备方法，利用流体通道提供的高压环境，实现片上高温、高压环境下进行的各类化学、生物反应。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续流动型微流控芯片，包括入口、混合区、加热区、增压区和出口，各部分之间通过微流体通道依次连接；

所述混合区实现反应物的混合；

所述加热区设有加热电阻，提供高温的反应环境；

所述增压区为高流阻区，为所述加热区提供高压环境；

所述加热区和所述增压区分别设有测温传感电阻。

进一步地，所述入口为两个，分别输入两种参与反应的液体。

进一步地，所述加热区与所述增压区通过所述混合区隔开；所述混合区与所述加热区之间，以及所述混合区与所述增压区之间设有隔热槽。

进一步地，在连接加热区与增压区的通道上设有测温传感电阻，用于辅助了解微流控芯片的温度分布。

进一步地，在所述增压区设有加热电阻，用于通过改变增压区微流体通道内液体温度来改变液体粘度，从而改变增压区压强提升值。

进一步地，所述加热电阻和所述测温传感电阻为Pt电阻。

一种制备上述连续流动型微流控芯片的方法，其步骤包括：

1）对硅片进行光刻和DRIE（深反应离子刻蚀，Deep reactive-ion etching）刻蚀，定义微流体通道图形；

2）通过硅-玻璃阳极键合制作混合区、加热区和增压区的微流体通道；

3）采用PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积）方法淀积SiO₂，然后在SiO₂上剥离制作测温传感电阻和加热电阻；

4）通过光刻和DRIE刻蚀方法制作入口、出口。

进一步地，所述连续流动型微流控芯片的制备方法还包括：通过光刻和深反应离子刻蚀制作隔热槽。

进一步地，在所述入口处粘合有机玻璃(PMMA)模具。

本发明的微流控芯片利用了流体通道提供的高压环境，提供了一个在高温、高压环境下进行化学、生物反应的良好实验平台，其优点和积极效果如下：

a）反应物质可在微流通道内连续流动，可实现片上高温(100℃以上)高压(2atm-15atm)环境下进行的、微量的各类化学、生物反应；