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微流控芯片的制作和特点以及键合方式

更新时间  2022-04-12 14:45 阅读

使用微流控这项芯片分析技术在一开始起源于美国的芯片实验室,由欧洲的发展后做成了微集成分析芯片最终实现以微流控分析技术为主要的平台。微流控芯片分析技术过程可以自动完成,集成生物、化学、医学分析样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元。

 

微流控芯片的主要材料由硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和纸基等材料构成。其中,PDMS应用最广泛。该材料不仅加工简单,光学透明,而且具有一定的弹性。可生产微阀、微蠕动泵等功能部件。

 

微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术,在芯片上构建微流系统,将实验分析过程转载到由连接路径和液相室组成的芯片结构上。加载生物样品和反应液后,使用微机械泵。电泵和电渗流驱动芯片中缓冲液的流动,形成微流路,在芯片上进行一种或多种连续反应。激光诱导荧光、电化学、化学等检测系统,结合质谱等多种分析方法,已用于微流控芯片快速、准确、高通量的样品分析。

 

微流控技术特点。

多功能集成系统和大量复合系统是微流控芯片最大的特点。



微流控技术优势

微流控芯片可将化学和生物领域涉及的样品制备、反应、分离、检测等一系列基本操作单元集成到微米芯片中。同时,微通道形成的网络可以贯穿整个系统,具有便携、能耗低、生产方便、掌握方便等优点,易于满足生命科学对低剂量、高效、高灵敏度、快速分离分析的需求。

1.集成小型化和自动化。

微流控技术可以将样品检测的多个步骤集中在一个小芯片上,这些操作步骤可以通过流道的尺寸和曲率、微阀和腔设计的结合来集成,最终使整个检测集成小型化和自动化。


2.高通量

由于微流控制可以设计成多流道,通过微流道网络转移到多个反应单元,相互隔离,使每个反应不相互干扰,因此可以根据需要对多个项目进行平行测试。与传统的逐项测试相比,大大缩短了测试时间,提高了测试效率,具有高通量的特点。


3.试剂消耗较少

由于集成检测的小型化,微流控芯片上的反应单元腔非常小。虽然试剂配方浓度可能会增加一定比例,但试剂的使用量远低于传统试剂,大大降低了试剂的消耗。


4.样本量少

因为测试只在小芯片上完成,所以需要测试的样本量很小,通常只需要微升(μL)甚至纳入(nl)水平。此外,全血也可以直接检测。对于婴儿、老年人、残疾人和静脉采集困难,使检测更加方便;或者非常珍贵和稀有的样本使许多指标可以检测。


5.污染少

由于微流控芯片的集成功能,所有需要在实验室手动完成的操作都集成到芯片上,以尽量减少样品对环境的污染。

微流控的缺点和不足。

核心技术缺乏规范和标准。

相关人才严重短缺。

目前生产成本高。

 

 

制备微流控芯片

不同的材料特性决定了不同的微加工方法。但微流控芯片的主要加工方法是光刻技术和表面图案软光刻技术。

1.微流控芯片加工

这一步需要考虑结构、成本、管道尺寸、批量生产等问题。目前的技术包括:光刻蚀技术、热压法、成型法、注塑法、LIGA法(集成光刻、电铸、塑铸)、激光烧蚀法、软光刻。


2.微流控芯片键合

这一步需要考虑的问题包括:高温性能退化、室温老化、点密封或表面密封、管道堵塞和大规模生产。目前,主要技术包括:Plasma/电离键合、贴膜法、超声波焊接、激光键合焊接和热压键合。


3.微流控制流体驱动

这一步主要考虑泵和阀门,包括主动或被动的选择,以及它们是否稳定和可靠。另一方面,需要考虑流体宽度、深度、腔室大小、定量分析或定性分析。目前,主要的驱动方法有:光控、电驱、磁场、挤压囊泡、膜振动、泵推、离心力和剪切力。


4.气溶胶污染设计

这一步需要考虑选择尽可能减少气溶胶污染的材料或方法。目前,可采用以下方法:扩展密封反应系统、全密封系统、硅油密封、样品添加、密封样孔、扣结构、手动密封。


5.仪器信号检测

采集微流控液滴信号的主要技术有:可视化读取、电信号读取和扩展曲线。

微流控在体外诊断领域的应用。