[发明专利]具有纳米枝晶拉曼基底的微流控芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片的技术领域，具体涉及一种具有纳米枝晶拉曼基底的微流控芯片及其制作方法。

背景技术

表面增强拉曼散射（SERS）技术能从分子水平得到基因和化学键以及微环境对样品结构影响的信息，并实时获得其指纹图谱，信息量很大，除了具有灵敏度高、特异性强、无标记、无损伤以及可实时探测等特点，还不会被溶液等介质干扰，因此，自从1974年被发现以来，SERS由于上述等优点，被广泛地应用于生化检测；微流控芯片是一种应用于微型全分析系统领域的核心技术，因其尺寸小、成本低、试剂耗量小、快速高效、易集成和自动化等优点，在生物、化学、医学等领域有着巨大的应用潜力，是未来分析和检测发展的方向之一，因此，将SERS技术与微流控芯片结合是一个很有前景的研究课题。

目前，将SERS技术与微流控芯片结合的常用方法是首先预制SERS基底，然后将该基底转移到工作位置上，而这两步操作无形中增加了时间和工序的成本，此外，为了实现检测，拉曼基底一般要工作在微流体通道内部，所以，上述两步法还会给后续的键合封装工序带来诸多困难；为了解决这个问题，电动力学、光镊法、纳米沟道法等基于胶体粒子的富集方法被广泛地使用，然而，由于液体环境中胶体粒子非常容易粘附、团聚，这些技术存在检测效率低、信号强度弱等问题，即使得带有拉曼基底的微流控芯片的SERS活性低，在很多应用场合都达不到使用需求；因此，一种具有较高SERS活性的微流控芯片以及制作该芯片时无需先制备拉曼基底再进行转移、而是直接在微流体通道内定点、定向制备拉曼基底的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种具有较高SERS活性、且可直接在微流道内制备纳米枝晶拉曼基底的微流控芯片及其制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：具有纳米枝晶拉曼基底的微流控芯片，所述芯片上设有至少一条微流道，所述微流道的一端设有至少一个样品池，各样品池均与微流道相连通但彼此之间不相连通，所述微流道的另一端设有至少一个废液池，各废液池均与微流道相连通但彼此之间不相连通，所述微流道上设有至少一个生长池，微流道均从每个生长池中穿过，所述生长池内设有至少一对具有尖端的第一电极，每一对中的两个第一电极距离最近的尖端上均具有贵金属的纳米枝晶结构；所述微流道内设有至少一个第二电极；所述每一对中的两个第一电极距离最近的尖端之间的距离为5μm~30μm；所述的贵金属为金、铂或钯；所述芯片包括：键合在一起的基底和基片，所述第一电极和第二电极均设置于所述基底上，所述微流道、样品池、废液池和生长池均设置于所述基片上；所述基底为绝缘硅材料；所述基片为固化型聚合物，或为热塑性聚合物或为溶剂挥发型聚合物。

具有纳米枝晶拉曼基底的微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：1）利用MEMS工艺，在基片上制作微流道、样品池、废液池和生长池，在基底上制作第一电极、第二电极，通过键合工艺，将基底和基片组合成整体；2）将含有贵金属的电解液滴入生长池中，在每一对第一电极之间通交流电，以在两个第一电极距离最近的尖端上生长形成贵金属的纳米枝晶结构；3）贵金属纳米枝晶结构形成后，在样品池内加入去离子水，在每两个第二电极之间或者第二电极和第一电极之间施加电压，使得样品池内的去离子水流动以冲洗微流道；步骤2）中，含有贵金属的电解液为离子溶液或者络合物溶液；步骤2）中，在每一对第一电极之间施加的交流电的幅值大于3V，频率值位于1kHz和10MHz之间。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的微流控芯片上设有微流道以及与微流道相连通样品池和废液池，此外，还在微流道上设有生长池，生长池内设有具有尖端的第一电极，两个第一电极距离最近的尖端上均具有贵金属的纳米枝晶结构；枝晶是一种典型的分形结构，由于独特的结构自相似性，使得其椭圆形尖端、相邻枝晶尖端间隙、主干与分支之间间隙均可以作为高效的拉曼热点，而拉曼信号的强度与热点的数量呈比例，通过改变拉曼热点密度，拉曼信号振幅可增加14个数量级，因此，上述具有纳米枝晶拉曼基底的微流控芯片相较于传统的微流控芯片，具有较高SERS活性，此外，上述拉曼基底可在微流控芯片进行封装后、在第一电极之间通交流电制作而得，克服了传统的拉曼基底先制备再转移或者先制备再封装器件的问题。