[發明專利]一種金屬微流控芯片上的微流體驅動方法

有效

• 申請號: 201210465729.7
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102950037A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 陳濤;劉寧;王金淑;李洪義;吳堅;劉世炳
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術領域

本發明涉及一種金屬微流控芯片上的微流體驅動方法，可應用于微全分析領域。

背景技術

微流控技術是目前研究活躍的交叉學科領域。主要應用于生物醫學、化學等方面。涉及到生物、醫學、化學、光學、電子、材料等學科。微流控系統將生物和化學分析中的多種操作集成在尺寸非常小的芯片上，使生化反應和分析中的試樣引入、混合、分離等功能集成化。微流控芯片將傳統實驗室中各種重要功能集成在體積很小的芯片上，這種集成化、微型化帶來了很多優點：（1）試劑消耗量大大減少，這一點尤其對珍貴稀少的試劑有重要意義；（2）反應速度成倍提高；（3）大幅降低了實驗成本；（4）具有良好的便攜性。

微流控芯片的結構特征在于各種復雜的微通道網絡。微流控系統需要通過在這些微通道網絡中對微流體的操作來實現各種功能，比如試劑的引入、混合、分離等。因此，微流控系統中的流體驅動技術是實現微流控芯片功能的關鍵技術。微流控系統采用各種類型的微泵來驅動流體，實際應用中對于微泵的基本要求是：能提供連續穩定的流量、結構簡單、需要的輔助部件少、操作簡便、制作和運行成本低。

在眾多的微流體驅動方法中，利用微通道內的表面張力設計的毛細力驅動方法，不需要外加動力源，為微泵設計的集成化、微型化提供了一條重要途徑。在具有良好親水性的微通道內，容易產生較強的毛細力，可以用于微通道內流體的表面張力驅動。以毛細力作為驅動力制作的微泵不需要外接能源，從而避免了外置龐大的設備所帶來的不便，有利于芯片的集成化和微型化。

TiO₂是一種重要的寬禁帶半導體材料。納米TiO₂具有優良的催化性能和親水性。TiO₂納米管具有高的比表面積，這一點使其具有更好的光催化能力、光電轉換性能以及吸附能力。人們利用TiO₂納米管的這一性質開展了大量光催化反應和染料敏化太陽能電池方面的研究。同時TiO₂納米管結構由于其本身所具有的微細表面形貌，對材料表面的潤濕性也具有很大影響。

TiO₂納米管良好的親水性有廣泛的用途，尤其在生物醫學領域。金屬鈦具有良好的生物相容性，廣泛應用于生物醫學領域。如果在金屬鈦表面生長納米管層，可以有效增強鈦金屬的表面親水性，良好的親水性對于器官移植等有著重要意義。

發明內容

為了實現上述目的，本發明提供了一種金屬微流控芯片上的流體驅動方法，在金屬微流控芯片的通道內生長出TiO₂納米管，使得金屬微流控芯片的微通道內表面親水性得到增強，依靠增強的毛細力，實現流體在微通道內快速、穩定流動。

本發明采用的技術方案是：在金屬微流控芯片的微通道內生長TiO₂納米管。該金屬微流控芯片的材料為金屬鈦，采用光刻和濕法腐蝕方法制作，其步驟為，

（1）對金屬鈦片進行前處理：將金屬鈦片切割成3cm×3cm的正方形，用砂紙對鈦片表面進行拋光，分別用丙酮、酒精、去離子水進行超聲波清洗，以去除鈦片表面的有機物；

（2）旋涂光刻膠：使用勻膠機在鈦片表面旋涂厚度為2.5微米的光刻膠，并在加熱板上高溫烘干；

（3）紫外曝光：將經過烘干的鈦片放在紫外曝光機上進行曝光，曝光前，將預先根據需要制作好的光刻掩模加載到曝光機上；

（4）顯影和堅膜：將曝光后的鈦片從曝光機上取下，放在顯影液中50~90秒鐘，之后取出并定影，經過曝光顯影，光刻掩模上的圖形被復制到金屬鈦片上，在鈦片表面形成濕法腐蝕所需要的掩模，然后對顯影之后的鈦片進行高溫烘干，烘干溫度為180℃，時間為3分鐘；

（5）濕法腐蝕：用松香將金屬鈦片背面和側面包裹住，防止腐蝕液對鈦片背面的腐蝕；采用含有氫氟酸的水溶液對光刻制作的金屬鈦片進行濕法腐蝕，腐蝕過程在室溫下進行，腐蝕時間為2小時；經過腐蝕液的腐蝕，由光刻膠在鈦片表面形成的掩模圖案便被轉移到了鈦片上，在鈦片上形成微通道結構，然后將鈦片取出并用去離子水沖洗，烘干，得到鈦的金屬微流控芯片；

然后采用陽極氧化法在金屬微流控芯片的進液口，微通道，毛細微泵等微結構的底部和側壁生長TiO₂納米管，使用雙電極氧化裝置來制備TiO₂納米管，其步驟為，