[发明专利]基于氟材料疏水疏油性能微流控纸芯片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片加工技术，更具体地说是一种将具有超低表面能的含氟高分子材料应用在纸芯片上，用于实现区域化疏水疏油性质的加工方法。

背景技术

微流控纸芯片(paper-based microfluidics)，通常简称纸芯片，是以纸(如各种滤纸、滤膜、办公用纸等)作为制作芯片的材料，使用一些技术方法在纸上形成亲水通道和疏水围堰，得到有所需亲水通道的微流控纸芯片。然后在芯片上实现生物、化学、医学分析过程的样品制备、分离、反应、检测、结果分析等过程，它是一个简单的，可以实现多种物质同时分离分析的平台。

不同加工方法，使用的疏水材料不尽相同，每种材料都有其优缺点，现有加工方法中，光刻胶和蜡是比较有代表性的疏水材料。光刻胶多使用光刻技术加工芯片。光刻技术可将掩膜模板上的图形复制到基片,其基本工艺为：基片表面清洗，涂胶，前烘，曝光，后烘，显影和坚膜。光刻过程较繁琐，需要专门技术人员才能完成加工工作。蜡作为微流控纸芯片的疏水材料，加工的方法有多种，热压印法、喷蜡打印法等等。由蜡作为疏水材料制备的微通道，虽然可以很好地限制水溶液的流动，然而，纸芯片在生物、化学、医学等领域的实际应用中，通常会使用表面活性剂、有机溶剂，这些试剂会破坏由蜡制备的微通道，因此，亟需要开发一种使用疏水疏油材料制备纸芯片的方法。

含氟高分子材料作为新型材料，它修饰后的界面具有透气性好、热稳定性好、低表面能、疏水疏油性、化学稳定性和优异的光学性能等特点，在生产生活中得到广泛应用。然而，正是由于氟材料具有低表面能的性质，使得氟材料难以通过使用打印、喷涂等方法制备纸芯片。因此，需要发明一种高效的纸上低表面能材料的修饰方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、快速、可批量制备适用于生化分析的微流控纸芯片的方法，该方法将纸芯片与含氟高分子材料的优异性能相结合，提供一种不仅可以限制水溶液的流动方向，而且可以很好地限制表面活性剂和有机溶剂流动方向的纸芯片。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

本发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为墨水，改进的记号笔作为绘制微通道的工具，刻字机作为加工设备，制得具有疏水疏油性能的微流控纸芯片，并使用该方法制备的纸芯片应用于有表面活性剂和有机溶剂参与的检测。

具体如下：

基于氟材料疏水疏油性能微流控纸芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)设计微流控纸芯片的氟材料绘制图案；

2)将氟材料配制的溶液作为墨水，装入笔中；

3)将步骤2)中组装好的笔代替刻刀，使用绘图软件控制刻字机的笔；

4)使用刻字机，将步骤1)中设计的图案在纸张上进行绘制，形成具有疏水疏油性能的围堰；

5)，将检测物质所需的指示液分别滴加至各反应区，室温条件下蒸发至干；

6)将步骤5)中制备的微流控纸芯片沿图案外边缘进行裁剪再与塑封膜叠放，塑封。

上述氟材料为具有超低表面能和疏水疏油性能的多种氟系列材料，所述的全氟系列材料的表面能小于18mJ·m^-2，优选全氟系列材料为Dupont的AF1600和AF2400系列，Solvay的AD60X和AD80X系列。溶液浓度范围为5.0mg·mL^-1～15.0mg·mL^-1。

上述溶液采用的溶剂为氟烃类溶剂，优选为氢氟醚HFE–7100。

本发明采用的笔具有纤维储液囊和可吸湿的笔头，如：油性记号笔，纸张为滤纸、滤膜及纤维编织物。

塑封采用的塑封膜带有进样孔，其位置与纸芯片进样区相同。

本发明优选在计算机上设计微流控纸芯片的氟材料绘制图案。

本发明主要在计算机上设计图案后通过刻字机将氟材料转移到芯片基材上。

本发明将纸芯片与含氟高分子材料的优异性能充分结合，该纸芯片的制备方法具体包括以下步骤：

(1)在计算机上设计微流控纸芯片的疏水疏油氟材料绘制图案。

(2)将固体高分子氟材料溶解于液体氟系溶剂中配制成的溶液作为墨水，装入笔中。

(3)将步骤(2)中组装好的笔代替刻刀，使用绘图软件控制刻字机的记号笔。

(4)使用刻字机，速度1-3档(10～100mm·s^-1)，压力1-3级(60～200gf)，在滤纸上绘制步骤(1)中设计的图案，绘制同一个图案的次数为1-4次，形成有亲水通道和疏水围堰的微流控纸芯片。