[发明专利]弧形边缘截面的PDMS母模、微流控阀和芯片及其制备

说明书

本发明公开了一种弧形边缘截面的PDMS母模、微流控阀和芯片及其制备。通过将印刷电路板各向同性蚀刻与PDMS表面改性相结合来制造具有弧形边缘截面结构的PDMS母模的方法，该方法简单、低成本、有效。带有弧形边缘截面通道的微流控芯片可以通过使用准备好的PDMS母模生成。本发明进一步证明，AC可以制造微流控气动阀，称为弧形边缘截面微流控阀，该阀可用于多路控制、兼容的大规模集成、液体控制、单细胞操作和检测。

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，具体涉及一种弧形边缘截面的PDMS母模、微流控阀和芯片及其制备。

背景技术

微流控技术的快速发展为化学、生物学、临床医学、生物工程等领域的发展做出了重要贡献。微流控装置的制备可以通过多种方法来实现，例如软光刻、微铣削、印刷电路板(PCB)蚀刻和3D打印。各种基材材料，如玻璃、硅聚合物、塑料，甚至是纸张都已被采纳用于微流控应用。不同的制造技术和基质材料的发展使得微流体技术具有多种功能，并在学术界和工业界都变得越来越容易获得。低成本和大批量生产的制造工艺对大规模生产非常重要。

直接制造微流控芯片包括3D打印、激光微加工和立体光刻以及模塑，模塑无疑是大规模生产中最合适，最经济的方法。

在模具制造方法中，印刷电路板(PCB)技术具有以下几个优点：(1)精密加工过程高效、低成本和不需要洁净室设备即可容易达到；(2)铜主模具是耐用的，可以通过一步刻蚀制造高度从几百微米到一百微米的微流体结构；(3)PCB母模制备的PDMS微流控芯片已被证明具有生物相容性；(4)通常具有光刻胶预涂膜，并能通过商业服务来制备。

微流控阀门作为微流控系统中的一个关键部件变得越来越不可或缺，因为它是用于进行连续样品处理，高平行分析，自动化流体和微粒操作的关键部件。因此，许多努力工作都集中在使用不同技术的新型材料制造微流体阀门，如单片PDMS阀门、阀瓣隔膜阀、蜡制微流体中的微阀，3D印刷的微流体阀等。有理由相信这些阀门可以使PDMS，阀瓣和纸芯片更强大。然而，除了多次软光刻之外，其他技术不能用于大规模生产，这取决于模塑方法。此外，单片PDMS阀门与其他类型阀门相比具有明显优势：(1)功能多样性：电磁阀，蠕动泵，混合器和捕集器(筛阀)；(2)切实可行的大规模集成；(3)耐用和持久的驱动。因此，它们是微流体中最广泛采用和报告的微型阀。

在此，本发明提出了一种基于PCB各向同性蚀刻和PDMS表面改性相结合，以简单、低成本、有效且容易获得的方法来制备包含弧形截面结构的PDMS母模。使用PDMS母模，可以生成含有弧形截面通道(ACs)的微流控芯片。本发明还进一步证明ACs可以制造单片气动阀，称为弧形截面单片阀(AMVs)。AMVs芯片可用于多路复用控制，兼容大规模集成，并用于液体控制，单细胞操作和检测。这种制造PDMS模具的方法有6个优点：(1)低成本(PCB比SU8便宜得多)；(2)可达性(紫外光，甚至阳光均可用于曝光)；(3)效率(通过一步蚀刻，微通道的高度范围从几微米到一百微米)；(4)简单(PCB蚀刻非常容易学习)；(5)扩大生产(PDMS模具可以通过PCB母模进一步扩大生产)；6)功能(可以使用一步PCB蚀刻方法制造用于液体和微粒操作的AMVs芯片)。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种通过将印刷电路板(printed circuit board,PCB)各向同性蚀刻与PDMS(聚二甲基硅氧烷)表面改性相结合来制造具有弧形边缘截面的PDMS母模的方法，该方法简单、低成本、有效。

本发明的第二个目的在于提供一种由以上第一个目的中的制备方法得到的具有弧形边缘截面的PDMS母模。

本发明的第三个目的在于提供一种弧形边缘截面微流控阀的制备方法；该制备方法使用以上第二个目的中的PDMS母模生成具有弧形边缘截面通道的流体层，然后与控制层对齐制备弧形边缘截面微流控阀(arc section microfluidic valve,AMV)。