[發明專利]基于氟材料疏水疏油性能微流控紙芯片的制備方法

有效

• 申請號: 201610324231.7
• 申請日: 2016-05-16
• 公開（公告）號: CN106000487B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 張顯波;王金華;李曉峰;姚成;陳國松;張之翼
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N21/78
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所11218
• 代理人: 高爽

技術領域

本發明涉及微流控芯片加工技術，更具體地說是一種將具有超低表面能的含氟高分子材料應用在紙芯片上，用于實現區域化疏水疏油性質的加工方法。

背景技術

微流控紙芯片(paper-based microfluidics)，通常簡稱紙芯片，是以紙(如各種濾紙、濾膜、辦公用紙等)作為制作芯片的材料，使用一些技術方法在紙上形成親水通道和疏水圍堰，得到有所需親水通道的微流控紙芯片。然后在芯片上實現生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、分離、反應、檢測、結果分析等過程，它是一個簡單的，可以實現多種物質同時分離分析的平臺。

不同加工方法，使用的疏水材料不盡相同，每種材料都有其優缺點，現有加工方法中，光刻膠和蠟是比較有代表性的疏水材料。光刻膠多使用光刻技術加工芯片。光刻技術可將掩膜模板上的圖形復制到基片,其基本工藝為：基片表面清洗，涂膠，前烘，曝光，后烘，顯影和堅膜。光刻過程較繁瑣，需要專門技術人員才能完成加工工作。蠟作為微流控紙芯片的疏水材料，加工的方法有多種，熱壓印法、噴蠟打印法等等。由蠟作為疏水材料制備的微通道，雖然可以很好地限制水溶液的流動，然而，紙芯片在生物、化學、醫學等領域的實際應用中，通常會使用表面活性劑、有機溶劑，這些試劑會破壞由蠟制備的微通道，因此，亟需要開發一種使用疏水疏油材料制備紙芯片的方法。

含氟高分子材料作為新型材料，它修飾后的界面具有透氣性好、熱穩定性好、低表面能、疏水疏油性、化學穩定性和優異的光學性能等特點，在生產生活中得到廣泛應用。然而，正是由于氟材料具有低表面能的性質，使得氟材料難以通過使用打印、噴涂等方法制備紙芯片。因此，需要發明一種高效的紙上低表面能材料的修飾方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種簡單、快速、可批量制備適用于生化分析的微流控紙芯片的方法，該方法將紙芯片與含氟高分子材料的優異性能相結合，提供一種不僅可以限制水溶液的流動方向，而且可以很好地限制表面活性劑和有機溶劑流動方向的紙芯片。

本發明的目的是通過以下方式實現的：

本發明利用全氟材料低表面能和疏水疏油的性能，使用含氟高分子材料配制的溶液作為墨水，改進的記號筆作為繪制微通道的工具，刻字機作為加工設備，制得具有疏水疏油性能的微流控紙芯片，并使用該方法制備的紙芯片應用于有表面活性劑和有機溶劑參與的檢測。

具體如下：

基于氟材料疏水疏油性能微流控紙芯片的制備方法，包括以下步驟：

1)設計微流控紙芯片的氟材料繪制圖案；

2)將氟材料配制的溶液作為墨水，裝入筆中；

3)將步驟2)中組裝好的筆代替刻刀，使用繪圖軟件控制刻字機的筆；

4)使用刻字機，將步驟1)中設計的圖案在紙張上進行繪制，形成具有疏水疏油性能的圍堰；

5)，將檢測物質所需的指示液分別滴加至各反應區，室溫條件下蒸發至干；

6)將步驟5)中制備的微流控紙芯片沿圖案外邊緣進行裁剪再與塑封膜疊放，塑封。

上述氟材料為具有超低表面能和疏水疏油性能的多種氟系列材料，所述的全氟系列材料的表面能小于18mJ·m^-2，優選全氟系列材料為Dupont的AF1600和AF2400系列，Solvay的AD60X和AD80X系列。溶液濃度范圍為5.0mg·mL^-1～15.0mg·mL^-1。

上述溶液采用的溶劑為氟烴類溶劑，優選為氫氟醚HFE–7100。

本發明采用的筆具有纖維儲液囊和可吸濕的筆頭，如：油性記號筆，紙張為濾紙、濾膜及纖維編織物。

塑封采用的塑封膜帶有進樣孔，其位置與紙芯片進樣區相同。

本發明優選在計算機上設計微流控紙芯片的氟材料繪制圖案。

本發明主要在計算機上設計圖案后通過刻字機將氟材料轉移到芯片基材上。

本發明將紙芯片與含氟高分子材料的優異性能充分結合，該紙芯片的制備方法具體包括以下步驟：

(1)在計算機上設計微流控紙芯片的疏水疏油氟材料繪制圖案。

(2)將固體高分子氟材料溶解于液體氟系溶劑中配制成的溶液作為墨水，裝入筆中。

(3)將步驟(2)中組裝好的筆代替刻刀，使用繪圖軟件控制刻字機的記號筆。

(4)使用刻字機，速度1-3檔(10～100mm·s^-1)，壓力1-3級(60～200gf)，在濾紙上繪制步驟(1)中設計的圖案，繪制同一個圖案的次數為1-4次，形成有親水通道和疏水圍堰的微流控紙芯片。