[發明專利]實現高溫高壓的連續流動型微流控芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201210186933.5
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102716771A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 謝飛;王寶軍;王瑋
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 邵可聲

技術領域

本發明屬于微全分析系統領域，具體涉及一種連續流動型微流控芯片及其制備方法，可高效、安全地實現各類需要在高溫高壓下進行的化學、生物反應。

背景技術

微流控芯片是指把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、生物與化學反應、分離檢測等基本操作單位集成或基本集成在一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學反應過程，并對其產物進行分析的一種迅速發展的高新技術，是多學科交叉科技前沿領域之一。微流控芯片在生物醫學領域可以使珍貴的生物樣品和試劑消耗降低到微升甚至納升級，而且分析速度成倍提高，成本成倍下降；在化學領域可以在一塊小的芯片上使用很少量樣品和試劑，并在很短的時間同時完成大量實驗，并且由于排污很少，也是一種環保的“綠色”技術。

高溫高壓環境可以增大很多化學反應的速率，改善各類反應的進行。但由于嚴格的安全預防要求，高壓化學反應需要特殊的、復雜的、昂貴的設備，因此化學反應單元小型化到微米級可以提供大量的優勢。在已有文獻中僅有有限的信息記載了高壓化學反應的微流體器件，Roald?M.Tiggelaar等人（Roald?M.Tiggelaar,Fernando?Benito-Lopez,et?al;Fabrication,mechanical?testing?and?application?of?high-pressure?glass?microreactor?chips,Chemical?Engineering?Journal?131(2007)163-170.）實現了能夠達到90bar工作壓強的基于玻璃的微反應芯片，但芯片內反應溫度最高僅為100℃。到目前為止，利用高壓環境來提高反應液體沸點，從而在在高壓、高溫（可達100℃以上）環境下進行化學反應，且工藝成熟、可批量化生產的集成化微流控芯片尚未出現。目前存在的相應裝置，由于材料的化學不兼容性等限制，沒有有效的方法同時實現高溫、高壓環境，且結構復雜龐大，制作工藝較為困難，操作不便。

發明內容

本發明的目的在于針對上述問題，提供一種連續流動式的、實現高溫高壓反應環境的微流控芯片及其制備方法，利用流體通道提供的高壓環境，實現片上高溫、高壓環境下進行的各類化學、生物反應。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種連續流動型微流控芯片，包括入口、混合區、加熱區、增壓區和出口，各部分之間通過微流體通道依次連接；

所述混合區實現反應物的混合；

所述加熱區設有加熱電阻，提供高溫的反應環境；

所述增壓區為高流阻區，為所述加熱區提供高壓環境；

所述加熱區和所述增壓區分別設有測溫傳感電阻。

進一步地，所述入口為兩個，分別輸入兩種參與反應的液體。

進一步地，所述加熱區與所述增壓區通過所述混合區隔開；所述混合區與所述加熱區之間，以及所述混合區與所述增壓區之間設有隔熱槽。

進一步地，在連接加熱區與增壓區的通道上設有測溫傳感電阻，用于輔助了解微流控芯片的溫度分布。

進一步地，在所述增壓區設有加熱電阻，用于通過改變增壓區微流體通道內液體溫度來改變液體粘度，從而改變增壓區壓強提升值。

進一步地，所述加熱電阻和所述測溫傳感電阻為Pt電阻。

一種制備上述連續流動型微流控芯片的方法，其步驟包括：

1）對硅片進行光刻和DRIE（深反應離子刻蝕，Deep?reactive-ion?etching）刻蝕，定義微流體通道圖形；

2）通過硅-玻璃陽極鍵合制作混合區、加熱區和增壓區的微流體通道；

3）采用PECVD（Plasma?Enhanced?Chemical?Vapor?Deposition，等離子體增強化學氣相沉積）方法淀積SiO₂，然后在SiO₂上剝離制作測溫傳感電阻和加熱電阻；

4）通過光刻和DRIE刻蝕方法制作入口、出口。

進一步地，所述連續流動型微流控芯片的制備方法還包括：通過光刻和深反應離子刻蝕制作隔熱槽。

進一步地，在所述入口處粘合有機玻璃(PMMA)模具。

本發明的微流控芯片利用了流體通道提供的高壓環境，提供了一個在高溫、高壓環境下進行化學、生物反應的良好實驗平臺，其優點和積極效果如下：

a）反應物質可在微流通道內連續流動，可實現片上高溫(100℃以上)高壓(2atm-15atm)環境下進行的、微量的各類化學、生物反應；