[發明專利]微流體自驅動式紙基微流控芯片、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201610270390.3
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105833926B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 吳化平;劉愛萍;張征;丁浩;柴國鐘;朱凱;曹彬彬;吳兵兵
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學;浙江理工大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N21/78
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司33201
• 代理人: 王兵,黃美娟

技術領域

本發明涉及一種微流體自驅動式紙基微流控芯片、制備方法及其應用，尤其是在雙氧水檢測中的應用。

背景技術

2007年，Whitesides首次提出“微流控紙分析器件”(microfluidic paper-based analytical devices,μPADs)的概念，即通過各種微加工技術，在濾紙上構建流體通道網絡及相關分析器件，建立“紙上微型實驗室”(lab-on-paper)。相比于傳統的微流控芯片，紙基微流控芯片具有諸多顯著優點，如制作方便、成本低廉、體積小重量輕、便于運輸和儲存、操作性強、生物兼容性好、功能性強、后處理簡單等。利用紙研制的紙基微流控芯片及其應用現已成為微流控芯片技術研究的新領域。紙基微流控芯片可以作為微型化、便攜式的現場快速檢測器件，將在醫學快速診斷、食品安全快速檢測以及環境質量快速監控等領域具有巨大潛在應用價值兩個月前的天津危險化學藥品爆炸給了我們慘痛的教訓，在警示如何安全保存和運輸化學藥品的同時，也對事后在盡可能短的時間內獲取污染。

雖然紙基微流控芯片近幾年快速發展，但是不可否認的是紙基微流控紙芯片還處在發展的初期，現有的紙芯片加工技術、流體操控技術、檢測技術還遠遠不能滿足實際應用的需要，許多細節和關鍵點有待發展和克服。現紙基微流控芯片存在的不足之處有如下幾點：1)雖然目前已經報道的紙芯片加工技術和方法不少，但每一種都有其長處和局限性。從方法的簡易性、普適性、經濟性和是否適合批量生產看，蠟打印技術、噴墨打印技術是比較有前景的兩種加工方法。但是其存在加工精度不知的問題，如何提高這兩種技術的圖案化精度，還有不少研究可做。2)紙芯片往往無法滿足復雜的微流控系統，利用切紙技術等得到的紙芯片任然需要外動力源。復雜微流控系統的多步預處理與反應、多組分同時檢測等要求對液流進行方向性或有序性的操控。目前這方面的研究還很少，如何通過流道幾何構型(親水通道的粗細、長短、形狀等)的設計、經過修飾形成表面潤濕梯度的設計、并集成微閥等方式來實現紙芯片上流體自驅動式、方向性或有序可控流動，今后還有很多研究工作需要開展。

發明內容

本發明針對目前的紙基微流控芯片無法滿足復雜的微流控系統、加工精度低的問題，提出了一種加工精度高、可以滿足復雜的微流控系統的微流體自驅動式紙基微流控芯片、制備方法及其應用。

本發明所述的微流體自驅動式紙基微流控芯片的制備方法，包括以下步驟：

1)制備超疏水二氧化鈦涂覆液：將二氧化鈦粉末與無水乙醇混合后在50～100Hz條件下超聲配成的二氧化鈦懸浮液，再加入硅烷，繼續在50～100Hz條件下超聲混勻，然后室溫下反應10～15h，得到超疏水二氧化鈦涂覆液；，所述的無水乙醇的加入量以二氧化鈦質量計為0.01～0.02g/mL，所述硅烷與二氧化鈦懸浮液體積比為0.01～0.03：1；

2)制備超疏水濾紙：將濾紙片浸泡在上述的超疏水二氧化鈦涂覆液中1～3min后取出，室溫下自然干燥；反復操作多次，即可得到具有微納復合結構的超疏水濾紙片；

3)制備掩膜板：在計算機上設定好待打印在膠片上的流道圖形的參數，每條流道圖形均分布相應的透光圖案，其中設定參數包括流道圖形的條數、排布、每條流道圖形上分布的透光圖案的形狀、排布、圖案密度以及圖案間距，然后通過高分辨的激光打印機在膠片上打印出來，此時帶圖案的膠片即為掩膜板；所述的流道從加樣區到檢測區劃分成多個區域，每個區域均勻分布若干疏水圖案，每個疏水圖案對應基體相應位置為超疏水區，疏水圖案之外的區域為超親水區；沿加樣區到檢測區方向，相鄰區域之間的疏水圖案的圖案間距梯度漸減，即相應的基體上的超親水區所占比例呈梯度遞增，，即在流道內從加樣區向檢測區方向具有親水性逐漸遞增的潤濕梯度；

4)制備微流控芯片：將掩膜板覆蓋在超疏水濾紙片上，然后開啟深紫外光(UV)光源，紫外光透過掩膜板的透光區域照射到超疏水濾紙表面，曝光的區域從超疏水轉變為超親水，未被曝光的區域仍然保持超疏水性，即可將在掩膜板上設計好的微流控芯片圖案復制到濾紙上。

所述的硅烷為十八烷基三甲氧基硅烷。

步驟1)中的超聲時間為30～60min。

步驟2)中的超聲時間為10～20min。