[发明专利]胶带自由流电泳芯片及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种简易微流控芯片及其加工方法，具体涉及胶带自由流电泳芯片及其加工方法。

背景技术

微流控芯片系统是近年发展起来的高、新技术领域，它将传统的生物、化学分析实验室的液体存储、混合的液池，电泳分离、分析的沟道，控制液体的泵、阀元件，以及样品检测器等都集成在一块几平方厘米的芯片上，进行样品的制备、分离、检测、混合、反应等功能操作。微流控芯片系统具有高效率、低功耗、小型化等优势，因此在生化分析、食品检测、环境监测等领域具有巨大的应用潜力。各种用途的微流控芯片及其加工技术是其发展的一个热点，特别是价格低廉、可以量产的简易芯片受到普遍关注。

在微流控芯片领域，自由流电泳芯片发展较为缓慢。主要原因是集成在芯片上的分离室和电极槽高度只有十几至几百微米，这样在两者之间无法像常规自由流电泳装置那样手工安装离子渗透隔膜，电极气泡易扩散进入分离室，干扰自由流电泳的正常工作，甚至造成电泳断路。因此，自由流电泳芯片普遍是通过在电极和分离区域之间设计阻挡结构来防止气泡进入分离室。早期的自由流电泳芯片是通过在电极槽和分离室之间构筑“侧沟阵列”来阻挡电极气泡进入分离室的，由于在侧沟阵列上电压降过大，有效分离电压仅占总电压的百分之十几，过低，现在已很少采用。目前，常采取只增高电极槽深度，即在电极槽和分离室之间的一侧壁面上形成“台阶”，或者在电极槽和分离室之间的一侧壁面上构筑“微坝”。以台阶或微坝结构来阻挡电极气泡进入分离室的芯片，有效分离电压占比远高于侧沟阵列结构的芯片。一直以来，研制能有效消除气泡干扰、分离电压占比又高的芯片是促进自由流电泳技术高速发展的首要问题。

早期的微流控芯片多为硅/玻璃芯片，由于半导体硅芯片价高、光学不透明、耐压性能差，目前已很少使用。近年来，主要以玻璃芯片、聚合物/玻璃芯片、聚合物芯片为主。玻璃具有价廉、光学透明、电绝缘好等特性，是自由流电泳最常采用的芯片材料。但是玻璃芯片的加工与硅片类似，难度大，微结构的制作需要利用光刻、腐蚀工艺，必须在超净实验室使用昂贵的光刻设备，而结构层与顶盖两玻璃的封接也需要在严格工艺条件下通过高温键合或长时间室温键合完成。聚合物/玻璃芯片中的聚合物材料通常采用聚二甲基硅氧烷（PDMS），PDMS/玻璃芯片制作工艺相对简单，PDMS上的微结构一般以模铸法加工成型，利用氧等离子体键合法进行PDMS和玻璃顶盖的永久封接，或利用两种材料的表面亲和作用以自然键合法进行可拆卸封接。但是，随着自由流电泳芯片分离室高度降低至几十甚至十几微米，疏水、高弹性的PDMS材料壁面易贴附到玻璃壁面一侧，造成进液困难，增加了分离操作的难度。聚合物芯片主要使用PMMA（俗称有机玻璃）板来制备，通常利用模塑热压法在PMMA上制作微结构，而微结构与顶盖两PMMA片的封接是以热压键合法完成，这会导致封接构成的闭合微结构发生形变，特别是二维的自由流电泳芯片会出现分离区域塌腰严重现象，目前还未见PMMA自由流电泳芯片的报道。因此，有必要开展在常规工艺环境下就能制备自由流电泳芯片的简易加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的自由流电泳芯片，并提供其在常规工艺环境下无须使用任何昂贵的专用设备，工艺简单，造价低廉，能满足一定结构精度的加工方法。

本发明设计了以单、双面胶带为中间结构层，以“双台阶”结构来阻挡电极气泡进入分离室的自由流电泳芯片，其具体结构包括上基片、下基片、中间结构层和电极，所述中间结构层为由上基片和下基片通过图形化的双面胶带粘接在一起构成的流体腔体，腔体设置有出液口，上基片开有与腔体相连通的进液孔，腔体内上基片和下基片对应壁面粘贴单面胶带之间的区域为分离室，分离室两侧为电解槽，在电极槽内安装电极。

本发明按照如下方法制备上述自由流电泳芯片：

（1）清洁处理上、下基片，将所设计的自由流电泳芯片结构图形粘贴在上、下基片上，作为对准标识；

（2）在上基片上打出进液孔，进行表面清洁处理，再对准分离室标识粘贴单面胶带，完成上基片加工；

（3）在下基片上粘贴双面胶带，对准图形标识划刻，去掉多余部分的胶带；然后，对准标识粘贴单面胶带、电极，完成下基片加工；

（4）揭去下基片上的双面胶带的表面贴膜，将上基片与下基片对准胶接，构成芯片及其出液口，完成芯片加工。

本发明在上、下基片的分离区域粘贴单面胶带，构筑出电极槽和分离室之间的双台阶，并实现分离室表面改性；芯片的上、下台阶高度由单面胶带厚度确定，单面胶带为绝缘、耐温、耐酸碱、透明性好、稳定性高的KAPTON胶带、PET胶带等。