溶剂键合法制作聚碳酸酯微流控分析芯片的研究

论文摘要

微流控芯片的制作是微流控分析技术的重要组成部分。本文分析了国内外微流控芯片技术的研究现状,介绍了微流控芯片的结构及特点,芯片材料的选取,芯片微结构的加工方法和芯片的键合方法。微流控芯片的应用是当今微流控研究中的薄弱环节,但随着微流控芯片制作及表面改性技术的发展,以及后基因组时代对基因结构和功能分析的需要,使得微流控芯片在生命分析中的应用成为今后研究的重点和方向。热塑性聚合物芯片制作成本低,具有良好的生物适应性,已为人们所关注。本文采用热塑性聚合物聚碳酸酯(PC)为芯片材料,分别利用单晶硅阳模,镍基阳模和金属丝采用热压法制作芯片微通道结构,考察了温度、压力和时间等一系列因素对微通道结构复制的影响,并优化得到了最优的条件。然后,通过扫描电镜(SEM)和CCD对所得的微通道结构进行了一系列的形貌结构表征。最后,在该PC芯片毛细管电泳检测Cy5红敏荧光染料。本研究建立在乙腈能与PC材料作用的基础上,通过溶剂键合法,在室温下制作聚碳酸酯微流控分析芯片。考察了作用的时间、静置时间、封合压力、加压时间等一系列因素对封合过程的影响。通过SEM和CCD对封合后的芯片进行了形貌表征。并对芯片的封合前后的微通道尺寸进行了比较。在常温下封合聚碳酸酯芯片,微通道的上底宽改变值为3.2μm,下底宽的改变值为13.9μm,深度的改变值5.3μm,表明变形性较小。芯片的上底宽度值、下底宽度值和深度值的RSD值分别为9.8%、4.1%和6.9%,表明在常温下封合聚碳酸酯芯片的重现性较好。进行了芯片的键合强度测试,拉应力的平均抗拉强度为0.95MPa。表明本文建立的室温溶剂键合法制作的聚碳酸酯微流控分析芯片具有较高的封合强度。PC芯片毛细管电泳检测Cy5红敏荧光染料,测定Cy5保留时间的RSD为3.7%(n=9),峰高的RSD为3.5%(n=9),理论塔板数为1.0×105/m,表明溶剂键合法制作的PC微流控芯片可应用于芯片电泳分离,且电泳分离系统具有较强的稳定性和较好的分离效能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 制作微流控分析芯片的材料
• 1.2.1 硅材料
• 1.2.2 石英/玻璃
• 1.2.3 有机高分子聚合物
• 1.2.4 制作芯片材料的特点
• 1.3 热塑性聚合物微流控芯片的结构成型技术
• 1.3.1 热压法
• 1.3.2 激光烧蚀法
• 1.3.3 注塑法
• 1.3.4 LIGA技术
• 1.4 热塑性聚合物微流控芯片的封合技术
• 1.4.1 热封合
• 1.4.2 热压封合
• 1.4.3 胶黏剂封合
• 1.4.4 溶剂键合
• 1.5 热塑性微流控芯片在芯片毛细管电泳分离中的应用
• 1.5.1 基因结构和功能的分析
• 1.5.2 氨基酸和蛋白质的分析
• 1.5.3 临床分析
• 1.5.4 小分子分析
• 1.6 本文的研究工作
• 1.7 本章小结
• 第2章 聚碳酸酯微流控分析芯片的制作
• 2.1 引言
• 2.2 材料试剂与仪器
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验仪器设备
• 2.3 聚碳酸酯微流控分析芯片的制作
• 2.3.1 聚碳酸酯芯片微通道的制作
• 2.3.2 聚碳酸酯微流控芯片的键合
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 聚碳酸酯基片微通道制作条件的优化
• 2.4.2 热压加工微通道过程中出现问题
• 2.4.3 聚碳酸酯芯片溶剂键合条件的优化
• 2.5 聚碳酸酯微流控芯片制作的最佳条件
• 2.6 本章小结
• 第3章 聚碳酸酯微流控分析芯片的表征及应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器
• 3.3 试剂与溶液配制
• 3.3.1 试剂
• 3.3.2 溶液配制
• 3.4 聚碳酸酯微流控芯片的表征
• 3.4.1 聚碳酸酯微流控基片微通道形貌的表征
• 3.4.2 聚碳酸酯微流控芯片的形貌的表征
• 3.4.3 芯片封合前后微通道尺寸比较
• 3.5 聚碳酸酯微流控芯片封合强度的测试
• 3.6 聚碳酸酯微流控芯片电泳特性研究
• 3.6.1 聚碳酸酯微流控芯片电泳分离
• 3.6.2 结果与讨论
• 3.6.3 最佳实验条件
• 3.6.4 聚碳酸酯微流控芯片电泳性能的考查
• 3.7 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文