[發明專利]制造包括填充納米結構的微通道的微流控元件的方法

有效

• 申請號: 200810209884.6
• 申請日: 2008-09-28
• 公開（公告）號: CN101458260A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 阿格尼絲·方弗恩;讓·迪喬恩;弗洛倫斯·里庫爾;伊曼紐爾·魯維爾
• 申請（專利權）人: 原子能委員會
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 馬高平

技術領域

本發明涉及一種制造包括至少一個由底壁、頂壁和兩個相對的側壁構成 的微通道的微流控(microfluidic)元件的方法，該方法包括：

-在基片的表面上，形成所述微通道的底壁和兩個相對的側壁，

-通過從沉積在所述微通道的相對的側壁和底壁上的金屬催化劑層原位 生長，形成填充所述微通道的納米結構，

-并且，通過在所述基片的表面上放置頂蓋并將所述頂蓋密封于所述表 面，形成所述納米微通道的頂壁。

背景技術

諸如微型反應器或者被稱為“μ-TAS”(微型全分析系統micro?Total Analysis?System)或“實驗室芯片(Lab-on-a-chip)”的微實驗室之類的微流控 元件，也稱為流控微系統，在過去的十年里真正獲得飛躍發展，被用于進行 化學或生物作業以及/或者用于對非常小體積的樣品進行分析。這些元件的用 途實際上是能將不同的分析步驟(注入、分離、檢測)整合在一個單獨的元 件上，由此限制了連接數量并從而限制了在不同的處理操作期間的樣品損 失，同時也增加了分析的靈敏度并且減少了分析時間。

然而，人們仍在尋求將更多的功能集成到這些微流控元件中，例如，希 望制造出的微流控元件能夠進行幾種工作。例如樣品預處理、過濾、混合、 分離和/或檢測操作。可是這樣的集成需要器件在微型化和/或效率方面能夠 獲得更好的性能。另外，眾所周知，與樣品接觸的元件表面和在所述元件中 流動的樣品的容積的比(也稱為S/V比)越高，則多相(heterogeneous)化 學或生物反應的效率或者分離的效率越高。

大多數常規的獲得高S/V比的方法是在于使用諸如硅珠的多孔結構或 固定相(stationary?phase)填充形成于微流控元件中的微通道。

在Gregor?Ocvirk等人于1995年發表在Analytical?Methods?and Instrumentation第2卷第74-82頁上的文章“部分集成于硅片上的高性能流體 色譜”(“High?performance?1iquid?chromatography?partially?integrated?onto?a silicon?chip”，Analytical?Methods?and?Instrumentation，Vol?2，N°2，74-82(1995)) 中，介紹了通過形成由填充材料填充的微通道組成的網絡，并在硅結構(或 片)上將分離注入器布置在上述微通道的入口，以及將玻璃料和光學的探測 單元布置在上述微通道的出口，從而獲得一種流體色譜系統。該系統的微通 道通過陽極密封作用借助于布置在硅結構上的玻璃層來被密封。為使該系統 完整，另外的硅結構通過同樣的玻璃層上的密封作用被密封以使系統更有彈 性。

然而，考慮到微通道的直徑，在顯微尺度下以固定相多相地填充微通道 難于操作，這些元件需要在保持固定相位于微通道中的情況下設置系統，例 如玻璃料或注入系統。該操作在該尺度下也同樣變得困難。

人們考慮使用其他的方法來補正這個問題。例如計劃將固定相直接在微 通道中實施。正如在Isabelle?Gusev等人于1999年發表于Journal?of Chromatography?A第855期第273-290頁上的文章“用于微型高性能流體色譜 法和毛細電色譜法的原位形成的單片多孔包裝的毛細柱”(“Capillary?columns with?in?situ?formed?porous?monolithic?packing?for?micro?high-performance?liquid chromatography?and?capillary?electrochromatography”，Journal?of Chromatography?A，855(1999)273-290)中描述的那樣，固定在微通道壁面上 的固定相的原位合成使得玻璃料可以不再被使用。人們還計劃使用微電子領 域中的技術(光刻法、蝕刻法)，通過可再生和可聚合的方式的納米圖案的 方法在微通道內形成固定相。

在合成納米結構方法領域取得的最新進展，例如碳納米管，也稱為CNT， 或者碳納米纖維，開拓了開發微流控元件的接觸表面的技術的新前景。并且 存在兩個主要的發展方向。