[發(fā)明專(zhuān)利]一種微混合和微反應(yīng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210006912.0
• 申請(qǐng)日: 2012-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102527280A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉筆鋒;徐友志;馮曉均;李穎
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01F13/00
• 分類(lèi)號(hào): B01F13/00;B01J19/00;B01L3/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微混合和微反應(yīng)裝置，能實(shí)現(xiàn)亞微秒水平的超快混合，為溶液的超快微混合提供了一種途徑，廣泛應(yīng)用于超快微反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微流控芯片(Microfluidic?chip)又稱(chēng)芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)或微全分析系統(tǒng)(Micro-Total?Analysis?System，μTAS)，通過(guò)微加工技術(shù)將化學(xué)中所涉及的樣品預(yù)處理、反應(yīng)、分離、檢測(cè)，生命科學(xué)中所涉及的細(xì)胞培養(yǎng)、分選、裂解等基本操作單元集成在一塊幾平方厘米大小的芯片上，利用微通道網(wǎng)絡(luò)靈活的操控整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)功能。自從20世紀(jì)90年代初Manz等人(Manz，A.，Graber，N.and?Widmer，H.M.(1990)Miniaturized?Total?Chemical-Analysis?Systems-a?Novel?Concept?for?Chemical?Sensing.Sensor.Actuat.B-Chem.，1，244-248)首次提出了μTAS的概念以來(lái)，由于具有分析速度快、試劑消耗少、微型化、集成化和自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，微流控芯片已廣泛應(yīng)用于分析化學(xué)、合成化學(xué)、藥物篩選、臨床診斷、生物技術(shù)、環(huán)境檢測(cè)等等領(lǐng)域。

快速混合在生化反應(yīng)中至關(guān)重要，各種生化反應(yīng)都必須通過(guò)反應(yīng)物的混合而啟動(dòng)，因此微混合器是微流控芯片的一個(gè)重要組成部分。根據(jù)混合所需能量的輸入方式不同，微混合器可分為兩類(lèi)：主動(dòng)式微混合器和被動(dòng)式微混合器。前者通過(guò)外來(lái)作用力產(chǎn)生的擾動(dòng)，改善傳質(zhì)促進(jìn)混合。該法加工技術(shù)難度大、時(shí)間分辨率不高。后者不借助如何其它外力、單純利用幾何形狀或流體特性來(lái)促進(jìn)混合效果，提高時(shí)間分辨率。

由于被動(dòng)式混合器具有簡(jiǎn)單而有效的優(yōu)勢(shì)，已被廣泛的應(yīng)用于化學(xué)及生化分析。例如：Yao等人(Yao，S.and?Bakajin，O.(2007)Improvements?in?Mixing?Time?and?Mixing?Uniformity?in?Devices?Designed?for?Studies?of?Protein?Folding?Kinetics.Anal.Chem.79，5753-5759)通過(guò)對(duì)水力聚焦微混合器進(jìn)行優(yōu)化后，該微混合器的混合時(shí)間達(dá)到了2～4μs，是目前文獻(xiàn)報(bào)道混合時(shí)間最小的微混合器，但該微混合器利用深反應(yīng)離子刻蝕的方法進(jìn)行加工，微通道的尺寸也非常小(＜2μm)，使得加工難度大、加工設(shè)備要求高。由于現(xiàn)有微混合器主要用擴(kuò)散現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)混合，因此時(shí)間分辨率都非常有限，無(wú)法追蹤亞微秒水平的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程，并且加工難度大、加工設(shè)備昂貴和成本高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有微混合器混合機(jī)制單一、時(shí)間分辨率有限、加工難度大、加工設(shè)備昂貴和成本高的缺陷，本發(fā)明提供了一種微混合和微反應(yīng)裝置，通過(guò)“交叉微流束”混合方式實(shí)現(xiàn)被動(dòng)微混合和微反應(yīng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工簡(jiǎn)易、成本低廉，混合時(shí)間短，時(shí)間分辨率可達(dá)0.6微秒的優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于超快微反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的具體技術(shù)方案如下：

一種微混合和微反應(yīng)裝置，包括微流控芯片和夾持該微流控芯片的芯片夾，其中，所述微流控芯片由刻有微通道的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄層與玻璃片鍵合而成。

微通道結(jié)構(gòu)由兩條入口通道和一條出口通道相連組成，其結(jié)構(gòu)特征如下：兩溶液入口通道成小于180度夾角，溶液出口通道位于該角角平分線(xiàn)上，兩溶液入口通道關(guān)于溶液出口通道對(duì)稱(chēng)；三個(gè)通道分別由蓄液池、寬通道與窄通道組成；三個(gè)通道的窄通道與混合腔相連，使得三個(gè)通道貫通；溶液分別由兩入口通道的蓄液池先經(jīng)寬通道，再過(guò)窄通道，流入混合腔匯合，再?gòu)幕旌锨涣魅氤隹谕ǖ赖恼ǖ溃^(guò)寬通道，最后流入出口通道蓄液池。混合腔外壁與入口通道外壁相切，寬通道與窄通道相比，前者寬度大于后者，高度一致，二者自然過(guò)渡。

芯片夾由墊板與蓋板兩部分組成。上層為蓋板，板材需透光，不易變形，中央鉆有穿透的小孔，孔一側(cè)與針管連通；下層為墊板，板材不易變形，墊板中部挖空，便于顯微成像；蓋板與墊板通過(guò)四螺栓連接。

將微流控芯片置于芯片夾的底片與蓋片之間，墊好O型圈，蓋片小孔與芯片通道溶液進(jìn)出口對(duì)齊，擰緊螺栓，即可制成基于“交叉微流束”混合方法的超快微混合和微反應(yīng)裝置。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于上述混合和微反應(yīng)裝置中的微流控芯片的制作工藝，具體包括如下步驟：

(1)制作具有上述微通道結(jié)構(gòu)的芯片掩模；

(2)基片清洗并作勻膠處理；