一种液滴阵列芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物化学分析领域，尤其涉及一种液滴阵列芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，基于液滴阵列的微全分析系统以其微型化、集成化、自动化、通量化、快速、灵敏、便携等优点在生命分析化学研究等领域得到了广泛应用，许多典型的实验操作，如混合、搅拌、取样、计量等都可以在液滴阵列中进行，并且，可实现多组分同时检测。目前已有多种液滴阵列芯片投入实际使用，比如用于样品DNA的制备、PCR反应、电泳检测、电喷雾离子质谱检测等。
[0003]然而，目前普遍采用的液滴结构生成方法多是微流控芯片液滴技术，如常用的T型通道芯片技术、流式聚焦芯片技术和共轴流芯片技术，其基本原理是利用微通道中连续相液体提供的剪切力将分散相液体分割成快速流动的液滴串。但这种方法不仅加工工艺复杂，更需要微流体驱动器、液滴装载器等辅助设备，难以实现对微液滴大小和均匀度的有效控制，成本较高，操作不便。另一方面，微流控芯片液滴技术因微通道的局限性，不能够形成任意形状及排布的液滴结构，且易产生通道堵塞、流速不稳等不良现象。此外，基于现有技术的电学筛选、光学操纵和气动阀技术等液滴生成的技术途径难以实现同时大批量液滴的生成、捕获、筛选及分析，限制了其在实际中的广泛应用。
【发明内容】
[0004]—方面，本发明克服现有技术存在的不足之处而提供了一种液滴阵列芯片，本发明的液滴阵列芯片利用其表面的亲疏水性可精确高效地生成大量形貌均一、可控的阵列式液滴结构，为基于液滴的复杂生物化学应用提供基础。
[0005]本发明的液滴阵列芯片，其包括:基底;所述基底具有相互交替排布的亲水区和疏水区以形成亲疏水阵列。
[0006]优选地，所述亲水区通过物理吸附亲水材料或化学修饰亲水性官能团、亲水性单分子层及亲水性聚合物而形成于所述基底上。
[0007]优选地，所述亲水材料包括亲水性有机物、亲水性无机物和金属材料。
[0008]更优选地，所述亲水性有机物选自以下物质中的至少一种:丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚甲基丙烯酸羟乙酯。
[0009]更优选地，所述亲水性无机物包含下列材料中的至少一种:砷化镓、二氧化硅、二氧化钛、氧化铁、氮氧化娃、氧化铝和氮化铝。
[0010 ]更优选地，所述金属材料包含下列材料中的至少一种:金、银、铜、钯和铀。
[0011]更优选地，所述亲水性官能团为以下官能团中的至少一种:氨基、羧基、羟基、磺酸基、磷酸基和季铵阳离子。
[0012]更优选地，所述亲水性官能团是通过等离子体处理或化学试剂处理的方法形成于所述基底上。
[0013]更优选地，所述亲水性单分子层由含有下列基团的材料构成:氨基、羧基、羟基、磺酸基、磷酸基和季铵阳离子。
[0014]更优选地，所述亲水性单分子层通过自组装的方法形成于所述基底上。
[0015]更优选地，所述亲水性聚合物通过化学接枝的方法形成于所述基底上。
[0016]优选地，所述疏水区通过物理吸附疏水材料或化学修饰疏水性官能团、疏水性单分子层及疏水性聚合物而形成于所述基底上。
[0017]更优选地，所述疏水性材料选自以下物质中的至少一种:聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸六氟丁酯。
[0018]更优选地，所述疏水性官能团为以下官能团中的至少一种:烃基、硝基、氟、氯。
[0019]更优选地，所述疏水性官能团是通过等离子体处理或化学试剂处理的方法形成于所述基底上。
[0020]更优选地，所述疏水性单分子层由包含烃基、硝基、氟、氯的基团的材料构成。
[0021]更优选地，所述疏水性单分子层通过自组装的方法形成于所述基底上。
[0022]更优选地，所述疏水性聚合物通过化学接枝的方法形成于所述基底上。
[0023]优选地，所述基底由以下材料中的至少一种制备而成:硅、二氧化硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对二甲苯和聚酰亚胺。
[0024]优选地，所述亲疏水阵列包括平面液滴阵列。
[0025]优选地，所述亲疏水阵列中的亲水区或疏水区形成为相对于基底下凹，从而使所述亲疏水阵列形成为微腔或微孔液滴阵列。
[0026]优选地，所述亲疏水阵列中的亲水区或疏水区形成为相对于基底向上凸出，从而使所述亲疏水阵列形成为微柱液滴阵列。
[0027]优选地，所述呈阵列排布的所述亲水区或疏水区上设有水、水溶液、油、油水混合液、胶体溶液、纳米颗粒溶液、生物大分子溶液、细胞液中的至少一种形成的液滴。
[0028]本发明还提供了制备所述的液滴阵列芯片的方法，所述方法包括:
[0029](I)提供基底；
[0030](2)在所述基底上形成由亲水区和疏水区相互交替排布成的亲疏水阵列。
[0031]优选地，在所述步骤(2)中，通过选自下列处理方式中的一种或多于一种在所述基底上形成所述亲疏水阵列，所述处理方式包括:紫外光刻、电子束光刻、纳米压印光刻、软光亥|J、浸蘸笔纳米加工刻蚀技术、近场扫描光刻技术、局部氧化光刻技术、微接触印刷、丝网印刷、掩模喷涂法和/或等离子体处理及其拓展衍生技术。
[0032]优选地，所述步骤(2)通过如下步骤实施:
[0033]在具有亲水性或疏水性的基底上覆盖排布有阵列图案的掩膜板，从而对未被所述掩膜板覆盖的区域进行疏水性或亲水性修饰；
[0034]其中，所述具有亲水性或疏水性的基底为本身具有亲水性或疏水性的基底，或为通过亲水性或疏水性修饰而形成的基底。
[0035]优选地，所述步骤(2)通过如下步骤实施:
[0036](21’)在具有亲水性或疏水性的基底上覆盖排布有阵列图案的刻蚀掩膜，从而通过刻蚀方法在所述亲水性或疏水性修饰的基底上形成阵列式微孔、微腔或微柱结构;所述具有亲水性或疏水性的基底为本身具有亲水性或疏水性的基底，或为通过亲水性或疏水性修饰而形成的基底；
[0037](22’)对步骤(21 ’)得到的微孔、微腔或微柱结构进行疏水性或亲水性修饰。
[0038]更优选地，所述刻蚀方法选自:干法刻蚀或湿法刻蚀。
[0039]优选地，所述步骤(2)通过如下步骤实施:
[0040](21”)提供排布有阵列式微腔或微柱的弹性印模；
[0041 ] (22”)在所述弹性印模微腔或微柱区域涂布或浸剂疏水材料或亲水材料；
[0042](23”)通过微接触印刷方式将所述弹性印模上的疏水材料或亲水材料转印至具有亲水性或疏水性的基底上;所述具有亲水性或疏水性的基底为本身具有亲水性或疏水性的基底，或为通过亲水性或疏水性修饰而形成的基底。
[0043]更优选地，所述排布有阵列式微腔或微柱的弹性印模通过软光刻技术根据刚性母模获得。
[0044]相对于现有技术，本发明的有益效果为:
[0045]本发明的液滴阵列芯片利用其表面的亲疏水性可精确高效地生成大量形貌均一、可控的阵列式液滴结构，为基于液滴的复杂生物化学应用提供基础，同时具有成本低、可重复使用的优点。本发明的液滴阵列芯片可以用于微纳自组装，微反应器，传感器，PCR检测，微纳颗粒及细胞筛选，细胞及蛋白阵列化等。
[0046]本发明的液滴阵列芯片的制备方法操作简单、方便，可精确高效地制得形貌均一、可控的阵列式亲水区，还可实现实时在线生产，制得的液滴阵列芯片性能优良。
【附图说明】
[0047]图1是本发明制备液滴阵列芯片的方法的一种实施方式的流程图；
[0048]图2是本发明实施例1制得的液滴阵列芯片上形成的液滴阵列图案效果图；
[0049]图3是本发明实施例2制得的液滴阵列芯片上形成的液滴阵列图案效果图；