[发明专利]一种基于水凝胶3D打印的聚合物微流控芯片制备方法

摘要

本发明属微流控芯片技术领域，具体为一种基于水凝胶3D打印的聚合物微流控芯片制备方法。配制3D打印用卡拉胶或琼脂热可逆水凝胶，通过调节水凝胶浓度和使用交联剂，以提高其机械强度、降低其融化后的粘度和加快其被冷却后的胶凝速度。采用软件设计微流控芯片的通道网络、溶液孔、反应器等结构单元，设计文件输出给高精度水凝胶3D打印机，将水凝胶打印在底板上可得水凝胶阳模。将高分子预聚物与固化剂混合得铸模溶液，浇在阳模上，并盖上盖板，使其与阳模的间隙充满铸模溶，固化后脱模得微流控芯片基片，经与盖片封装后得微流控芯片成品。采用本方法可加工聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、环氧树脂等材质的聚合物微流控芯片。

主权项

1.一种基于水凝胶3D打印的聚合物微流控芯片制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）配制3D打印用琼脂热可逆水凝胶或卡拉胶热可逆水凝胶，通过调节水凝胶的浓度和使用交联剂用量，使配制的3D打印用水凝胶具有一定的机械强度，融化后溶液粘度低且冷却后胶凝速度快；（2）采用计算机辅助设计软件设计与微流控芯片的通道网络、溶液孔、反应器结构单元相对应的阳模，生成3D打印机可直接读取的设计文件；（3）3D打印用卡拉胶热可逆水凝胶或琼脂热可逆水凝胶加热熔化后，注入带有恒温加热装置的不锈钢注射器中，将注射器安装在3D打印机的卡位上固定；通过3D打印机的进料步进电机推动注射器活塞将熔化的水凝胶通过打印头挤出；3D打印机的X轴、Y轴和Z轴的三只步进电机按照由设计文件生成的G代码行进，将熔化的水凝胶分层打印在玻璃或聚合物底板上，得到与微流控芯片通道网络、溶液孔、反应器结构单元相对应的水凝胶阳模；（4）将高分子预聚物与固化剂混合得铸模溶液，所述铸模溶液是含光引发剂的甲基丙烯酸甲酯预聚合溶液、含固化剂的聚二甲基硅氧烷低聚物或含固化剂的环氧树脂预聚体；将铸模溶液浇在3D打印水凝胶阳模上，盖上盖板使其与水凝胶阳模间的间隙充满铸模溶液，待铸模溶液固化后脱模，得具有微流通道结构的微流控芯片基片；将所得基片与相同材质的微流控芯片盖片封装，即得聚合物微流控芯片成品；步骤（1）中所述的卡拉胶热可逆水凝胶的配方：卡拉胶0.5‑3%、交联剂氯化钾0.1‑2%，水余量；琼脂水凝胶的配方：琼脂0.5‑5%，交联剂硼砂0.1‑1%，水余量；步骤（4）中，所述含光引发剂的甲基丙烯酸甲酯预聚合溶液的组分为：甲基丙烯酸甲酯，光引发剂安息香乙醚，为甲基丙烯酸甲酯质量的0.1‑0.3%，偶氮二异丁腈，甲基丙烯酸甲酯质量的0.1‑0.3%；将安息香乙醚、偶氮二异丁腈溶解于甲基丙烯酸甲酯中，在70‑90℃的水浴中加热20‑60分钟，获得含光引发剂的甲基丙烯酸甲酯预聚合溶液；所述含固化剂的聚二甲基硅氧烷低聚物铸模溶液是将商品聚二甲基硅氧烷低聚物与固化剂正硅酸乙脂和促进剂二月桂酸二丁基锡混合获得，其中正硅酸乙脂和二月桂酸二丁基锡的含量分别为5%和1‑2%；所述含固化剂的环氧树脂铸模溶液采用商品双酚A环氧树脂与固化剂乙二胺混合制备，其中乙二胺的含量为8‑12%。