[发明专利]一种利用倒置荧光显微镜制造微纳流控芯片的方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳器件制造领域，涉及一种利用倒置荧光显微镜制造微纳流控芯片的方法。本发明基于微加工技术制作玻璃微流控芯片，利用光敏聚合反应在微通道网络的预设区域，制造具有纳米孔隙的聚合物凝胶纳米塞，从而得到集成微纳复合结构的微纳流控芯片，制造的芯片可用于溶液中痕量物质富集。

背景技术

微流控芯片是具有广阔应用前景的微型生化分析系统，可以显著降低生化检测成本和提高检测效率。但微流控芯片的通道特征尺寸仅为微米量级，限制了可检测样品量，导致当样品量低于检测限时，检测器无法检出有效成分。样品富集技术可以将痕量的待检测样品成分浓缩到局部区域，提高待检测样品的浓度从而实现样品检测。近期研究发现：将微通道与纳通道阵列或纳米塞相结合，形成微纳流控芯片，利用纳米通道中流体双电层排阻效应产生的微纳界面处痕量物质浓缩，能够实现高达百万倍的蛋白富集。

在微通道网络内预设区域集成纳通道阵列或纳米塞，从而得到多尺度微纳复合结构，是制造微纳流控芯片的关键点。目前，常用的制造微纳复合结构的技术主要有纳米压印、高能束刻蚀、自组装等。纳米压印以纳米压印机为平台，通过热压等方法制备线宽小至10nm的微纳复合结构，制造一致性好，但纳米压印机以及模具非常昂贵。高能束刻蚀是将高能束能量在材料表面局部聚焦，使其发生物理化学变化，从而获得纳结构或微纳复合结构，但高能束刻蚀加工方式以串行直写为主，加工大面积图形的效率很低，且设备成本也偏高。自组装技术是采用“自下而上”法在基底上生长介孔材料，实现微纳复合结构，自组装主要用于在微结构局部形成功能性表面，尚未能制造可用于富集的微纳流控芯片。

在国内外发明专利检索中，涉及到微纳流控芯片制作方法的专利主要有：

1、专利“微纳流控高效富集与纯化芯片及其快速制作方法”（申请号：CN200810196304.4），利用高压击穿透明高分子材料的方法在两微通道间形成纳米结构，负电荷物质在电场驱动下在纳米通道的一端高效富集，该专利形成微纳复合结构的方法是一种电击穿效应，而本专利形成微纳复合结构的方法是基于显微镜聚焦的局域光敏聚合化学效应，两者在原理上不同。

2、专利“一种基于微纳米结构的样品富集芯片、制作方法及富集方法”（申请号：CN200710036415.4），利用二次光刻和湿法腐蚀技术在石英玻璃基底上制作微纳复合结构，也与本专利的制造方法不同。

发明内容

本发明提供了一种利用倒置荧光显微镜制造微纳流控芯片的方法，该方法基于微加工技术制作玻璃微流控芯片，利用光敏聚合反应在微通道网络的预设区域，制造出具有纳米孔隙的聚合物凝胶纳米塞，从而得到集成微纳复合结构的微纳流控芯片，此类芯片可用于溶液中痕量物质富集。

本发明的技术方案包括以下步骤：

（1）采用湿法腐蚀、超声打孔、热键合工艺制作玻璃材质的微流控芯片。

（2）采用亲和硅烷处理微流控芯片的微通道表面，提高聚合物凝胶纳米塞与玻璃微通道表面之间的结合力。利用毛细作用，将配置好的光敏聚合物溶液由储液池填充到微通道网络。

（3）通过调节倒置荧光显微镜的微动平台位置，并结合目镜观测，确定聚合物凝胶纳米塞预设区域。

（4）根据聚合物光敏特性选择码盘式分光机构内置的曝光滤光片，光束的波长控制在340-380nm，光束的带宽不大于10nm，保证激发光敏聚合反应曝光光束的单色性。

（5）通过调节倒置荧光显微镜的扩束调节器控制倒置荧光显微镜聚焦光斑大小，进而控制聚合物凝胶纳米塞的尺寸，利用倒置荧光显微镜的共焦光路使光斑直径小于50μm。

（6）通过安装在扩束调节器插板上的滤光片控制倒置荧光显微镜聚焦光斑强度，同时通过控制倒置荧光显微镜曝光时间确定光敏聚合反应时间，保证光敏聚合物溶液充分反应，降低过曝光引起的聚合反应边缘效应，获得具有微纳复合结构的微纳流控芯片。

与现有技术相比，本发明提供了一种微纳流控芯片的制造方法，芯片中核心单元聚合物凝胶纳米塞可以利用多数生物实验室具备的倒置荧光显微镜完成，不需要使用昂贵的纳米压印机及配套模具等。聚合物凝胶纳米塞的位置可以通过机械调节定位，不需要用到具有高精度对准功能的光刻机，降低了对工艺复杂性和硬件设备的要求。聚合物凝胶纳米塞具有三维孔隙结构，纳米塞大的比表面积保证了富集的高倍率和稳定性。本方法操作灵活、可控性好，在普通生物实验室就能完成。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明制作的微纳流控芯片结构示意图。

图3是本发明所用倒置荧光显微镜平台结构示意图。