专利名称：一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法
技术领域：
本发明涉及微流体芯片技术领域，尤其涉及一种在微流体芯片上加工纳米通道的
方法。
背景技术：
由于纳米通道结构的尺寸效应、比表面积效应及管道内外的特殊的物理化学性 质，纳米通道技术在化学、生物分子检测和分离等方面提供了一个新的手段。随着多种纳米 通道加工技术的出现，一些相关技术逐渐在医药、环境监控及国土安全等诸多领域获得了 一定的应用。
目前，较为成熟的纳米通道加工技术主要有采用自然态的通道，如生物膜离子通
道；用各种材料人工合成的通道，如碳纳米管、阵列式纳米通道；以及基于电子束光刻、相
干刻蚀、自组装等纳米通道加工方法。另外，最近还有关于采用塌陷、开裂等方法在PDMS表
面产生纳米通道的研究的报道。 但是，上述方法存在以下缺点 1、工艺复杂，成本高。如基于电子束光刻、相干刻蚀、自组装等纳米通道加工方法
加工程序复杂，加工设备昂贵，芯片不能多次重复使用，因此导致加工成本很高。 2、纳米通道无法方便地和现有的微流体芯片集成，从而限制了纳米通道技术的广
泛应用。目前的微流体芯片大都是采用软光刻的加工方法，采用PDMS与玻璃相键合的方法
加工而成。现有的纳米通道加工技术很难将纳米通道集成到PDMS芯片上。 因此，非常有必要发展一种简便且易于和现有微流体芯片相集成的纳米通道加工
方法。这对于纳米通道技术的发展和广泛应用具有十分重要的意义。
发明内容
为解决现有微流体芯片纳米通道加工技术存在的上述问题，本发明的目的是提供 一种可快速、方便的直接在微米级通道的基础上实现不同结构的纳米级通道，且根据需要， 纳米通道可方便地与现有的微流体芯片集成的纳米通道加工方法。 为了达到上述目的，本发明的技术方案如下一种在微流体芯片上加工纳米通道 的方法包括如下步骤 A、采用光刻技术(lithography)，即通过打印通道为微米级的掩模、使用SU-8负 光刻胶，通过紫外曝光在硅基晶片上加工出具有主通道和混合液注入通道的阳膜，然后在 晶片上浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，采用恒温真空炉，在70 8(TC条件下固化3 4个小 时；将PDMS与晶片剥离，并在主通道的两端各打一个缓冲液储液孔、在混合液注入通道的 顶端打一个混合液储液孔；采用空气等离子体的方法，将带有凹通道的PDMS与玻璃底片进 行封接，从而形成具有微米级通道的芯片； B、将液体PDMS与固化剂以10 : l的比率混合成混合液，置于真空炉中除气后，再 置于冰箱中保鲜17 24小时，以获得合适的粘度；
C、将芯片置于热板上，调节上方的显微镜，以保证能完整的观察到芯片通道；
D、将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔中，使混合 液沿混合液注入通道流入到主通道中； E、随着混合液缓慢流出混合液注入通道的出口 ，当距离主通道的下壁面3 4 ii m 时，立即在2个缓冲液储液孔中加入等量的缓冲液； F、将步骤A中打混合液储液孔时留下的圆柱状PDMS塞入混合液储液孔中，并用透 明胶固定、密封；同时，将2个缓冲液储液孔用透明胶密封；轻轻用力挤压混合液储液孔，保 证主通道中的混合液紧密接触主通道的下壁面；与此同时，调整热板的温度到7(TC，加热 10分钟，固化主通道内的PDMS ;当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道的下壁面处形成一 定长度的纳米级通道。 本发明所述的步骤D :将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液沿混合液注入 通道(2)流入到主通道(1)中；所述的步骤E :在缓冲液储液孔(3)中加入适量的缓冲液； 所述的步骤F:挤压混合液储液孔(4)，保证主通道(1)中的混合液紧密接触主通道(1)的 下壁面，同时调整热板的温度到7(TC，加热10分钟，固化主通道(1)内的PDMS。
本发明所述的主通道的宽度H1为150 200iim，混合液注入通道的宽度H2为 300 400 ii m，混合液注入通道出液口距离主通道的下壁面高度H3为5 10 ii m，缓冲液储 液孔的半径Rl为2000 2500 ii m，混合液储液孔的半径R2为2500 3000 y m，出液口左 右台肩L2为20 30iim。 本发明所述的缓冲液是pH值为8 9的硼酸盐缓冲液。
本发明所述的液体PDMS是Sylgard 184硅树脂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果 1、由于本发明通过注入微量液体PDMS与固化剂混合液形成纳米通道，因此，加工 十分简单、方便和快速； 2、本发明可根据需要，结合不同的芯片结构设计，实现不同结构的纳米通道，因此 是一种通用的方法； 3、由于本发明是通过预设混合液注入通道出液口 ，在现有的微米级通道的基础上 形成纳米通道，且纳米通道与芯片的集成是自然而成的，这是现有其它获得纳米结构微流 体芯片加工方法所无法比拟的； 4、通过不同的微通道设计，本发明可方便产生不同形状和长度的纳米通道，还可 用于纳米颗粒计数、生物分子检测和分离等。
本发明有附图2张，其中 图1是微流体芯片掩模结构示意图； 图2是微流体芯片示意图。 1 、主通道，2、混合液注入通道，3、缓冲液储液孔，4、混合液储液孔，5、玻璃底片，6、 带有凹通道的PDMS。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种在微流体芯片上 加工纳米通道的方法包括如下步骤 A、采用光刻技术(lithography)，即通过打印通道为微米级的掩模、使用SU_8负 光刻胶，通过紫外曝光在硅基晶片上加工出具有主通道1和混合液注入通道2的阳膜，然后 在晶片上浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，采用恒温真空炉，在70 8(TC条件下固化3 4个 小时；将PDMS与晶片剥离，并在主通道1的两端各打一个缓冲液储液孔3、在混合液注入通 道2的顶端打一个混合液储液孔4 ;采用空气等离子体的方法，将带有凹通道的P匿S6与玻 璃底片5进行封接，从而形成具有微米级通道的芯片；所述的主通道1的宽度Hl为150 200 ii m，混合液注入通道2的宽度H2为300 400 y m，混合液注入通道2出液口距离主通 道1的下壁面高度H3为5 10 ii m，缓冲液储液孔3的半径Rl为2000 2500 y m，混合液 储液孔4的半径R2为2500 3000 y m，出液口左右台肩L2为20 30 y m。
B、将液体PDMS与固化剂以10 : l的比率混合成混合液，置于真空炉中除气后，再 置于冰箱中保鲜17 24小时，以获得合适的粘度；所述的液体PDMS是Sylgard 184硅树 脂。 C、将芯片置于热板上，调节上方的显微镜，以保证能完整的观察到芯片通道；
D、将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔4中，使混合 液沿混合液注入通道2流入到主通道1中； E、随着混合液缓慢流出混合液注入通道2的出口 ，当距离主通道1的下壁面3 4 ii m时，立即在2个缓冲液储液孔3中加入等量的缓冲液；所述的缓冲液是pH值为8 9 的硼酸盐缓冲液。 F、将步骤A中打混合液储液孔4时留下的圆柱状PDMS塞入混合液储液孔4中，并 用透明胶固定、密封；同时，将2个缓冲液储液孔3用透明胶密封；轻轻用力挤压混合液储 液孔4，保证主通道1中的混合液紧密接触主通道1的下壁面；与此同时，调整热板的温度 到7(TC，加热10分钟，固化主通道1内的PDMS ;当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道1 的下壁面处形成一定长度的纳米级通道。 本发明的另一个实施例是步骤A、 B、 C同上，步骤D、 E、 F如下 D :将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液沿混合液注入通道(2)流入到主
通道(1)中; E :在缓冲液储液孔(3)中加入适量的缓冲液； F :挤压混合液储液孔(4)，保证主通道(1)中的混合液紧密接触主通道(1)的下 壁面，同时调整热板的温度到7(TC，加热10分钟，固化主通道(1)内的PDMS。
权利要求
一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于包括如下步骤A、采用光刻技术(lithography)，即通过打印通道为微米级的掩模、使用SU-8负光刻胶，通过紫外曝光在硅基晶片上加工出具有主通道(1)和混合液注入通道(2)的阳膜，然后在晶片上浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)，采用恒温真空炉，在70～80℃条件下固化3～4个小时；将PDMS与晶片剥离，并在主通道(1)的两端各打一个缓冲液储液孔(3)、在混合液注入通道(2)的顶端打一个混合液储液孔(4)；采用空气等离子体的方法，将带有凹通道的PDMS(6)与玻璃底片(5)进行封接，从而形成具有微米级通道的芯片；B、将液体PDMS与固化剂以10∶1的比率混合成混合液，置于真空炉中除气后，再置于冰箱中保鲜17～24小时，以获得合适的粘度；C、将芯片置于热板上，调节上方的显微镜，以保证能完整的观察到芯片通道；D、将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔(4)中，使混合液沿混合液注入通道(2)流入到主通道(1)中；E、随着混合液缓慢流出混合液注入通道(2)的出口，当距离主通道(1)的下壁面3～4μm时，立即在2个缓冲液储液孔(3)中加入等量的缓冲液；F、将步骤A中打混合液储液孔(4)时留下的圆柱状PDMS塞入混合液储液孔(4)中，并用透明胶固定、密封；同时，将2个缓冲液储液孔(3)用透明胶密封；轻轻用力挤压混合液储液孔(4)，保证主通道(1)中的混合液紧密接触主通道(1)的下壁面；与此同时，调整热板的温度到70℃，加热10分钟，固化主通道(1)内的PDMS；当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道(1)的下壁面处形成一定长度的纳米级通道。
2. 根据权利要求1所述的一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于所 述的步骤D :将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液沿混合液注入通道(2)流入到主 通道(1)中；所述的步骤E :在缓冲液储液孔(3)中加入适量的缓冲液；所述的步骤F :挤压 混合液储液孔(4)，保证主通道(1)中的混合液紧密接触主通道(1)的下壁面，同时调整热 板的温度到70。C，加热10分钟，固化主通道(1)内的PDMS。
3. 根据权利要求1所述的一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于 所述的主通道(1)的宽度H1为150 200iim，混合液注入通道(2)的宽度H2为300 400 ii m，混合液注入通道(2)出液口距离主通道(1)的下壁面高度H3为5 10 ii m，缓冲液 储液孔(3)的半径Rl为2000 2500 y m，混合液储液孔(4)的半径R2为2500 3000 y m， 出液口左右台肩L2为20 30iim。
4. 根据权利要求1所述的一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于所 述的缓冲液是pH值为8 9的硼酸盐缓冲液。
5. 根据权利要求1所述的一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，其特征在于所 述的液体PDMS是Sylgard 184硅树脂。
全文摘要
本发明公开了一种在微流体芯片上加工纳米通道的方法，包括如下步骤先制备具有混合液注入通道和主通道的微米级通道的芯片，再将具有合适粘度的液体PDMS与固化剂混合液注满到混合液储液孔中，使混合液沿混合液注入通道流入到主通道中，当距离主通道的下壁面3～4μm时，立即在缓冲液储液孔中加入等量的缓冲液，将圆柱状PDMS塞入混合液储液孔中，并用透明胶密封混合液储液孔和缓冲液储液孔，当PDMS完全固化后，就会在紧靠主通道的下壁面处形成一定长度的纳米级通道。本发明加工十分简单、方便和快速；可根据需要，结合不同的芯片结构设计，实现不同结构的纳米通道，且纳米通道与芯片的集成是自然而成的，因此是一种通用的方法。
文档编号B81C1/00GK101774532SQ20101010329
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者宋永欣, 李冬青 申请人:大连海事大学