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CN113289701A - 一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法 Download PDF

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高荣科
王诗怡
周又强
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Hefei University of Technology
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Hefei University of Technology
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Abstract

本发明属于生化检测技术领域,尤其是一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法,解决了现有技术中用于微流控芯片流体驱动的外部驱动设备复杂笨重,不能随身携带,不易于实现微型化,集成化的问题,所述可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,包括芯片本体和固定贴附在芯片本体底部的氧化铟锡(ITO)电极;所述芯片本体上设置有依次通过连接通道连接的进样区、预反应区、混合反应区、检测区、毛细管区、指压泵区;所述氧化铟锡(ITO)电极为三电极体系,包含工作电极、对电极、参比电极。本发明提供的免泵式微流控芯片,集成度高,非常适合应用于各种集成化、便携化、小型化生化分析检测上多参数分析。

Description

一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及生化检测技术领域,尤其涉及一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法。
背景技术
近年来,微流控技术发展迅速,在生物、化学和医药等各种领域有着广泛的研究与应用。微流控芯片能够将传统的常规实验室操作(如试样引入、混合、反应、萃取、分离、检测等)集成到仅有几平方厘米尺寸的芯片上,使分析时间从数小时降低至数十秒甚至更短。现阶段,微流控技术在实现“现场即时检测”方面的贡献,对全球公共健康事业的完善和健全具有重要意义。
目前用于微流控芯片的检测主要包括光学检测、电化学检测以及质谱检测等,电化学检测技术由于具有较高的灵敏度,所用电极极易实现微型化和集成化,同时不降低其检测灵敏度,而且具备不受光程、价格低廉等优点,因而在构建微型化、便携化和集成化的微流控系统方面具有其他检测技术无可比拟的优势。
微流控芯片的快速发展对流体驱动方式也提出了更高的要求。目前用于微流控芯片流体驱动的主要有注射泵、气动泵、电驱动、微阀或微泵等,然而,这些复杂笨重的外部驱动设备不能随身携带,不易于实现微型化,集成化,因此设计实现小型化、便于集成、芯片通道内流向可控且不影响生物的原始特性和分析系统工作稳定性的免泵式微流控芯片有着重大意义。基于上述陈述,本发明提出了一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中用于微流控芯片流体驱动的外部驱动设备复杂笨重,不能随身携带,不易于实现微型化,集成化的问题,而提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法。
一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,包括芯片本体和固定贴附在芯片本体底部的氧化铟锡(ITO)电极;所述芯片本体上设置有依次通过连接通道连接的进样区、预反应区、混合反应区、检测区、毛细管区、指压泵区;所述进样区和预反应区呈左右方向排布且靠近芯片本体的前端,所述检测区位于芯片本体的中部,所述毛细管区和所述指压泵区靠近芯片本体的后端;所述氧化铟锡(ITO)电极为三电极体系,包含工作电极、对电极、参比电极。
优选的,所述进样区包括至少两个进样孔,且上下贯通所述芯片本体,所述进样孔的直径为2-6mm。
优选的,所述预反应区包括预反应槽,进样区的至少两个进样孔分别通过至少两个第一连接通道在预反应槽处汇合,预反应槽的直径为1-3mm。
优选的,所述混合反应区包括一条迂回弯曲的流体通道I,所述流体通道I的入口端通过第二连接通道与预反应槽的出口端相连接,所述流体通道I的出口端通过第三连接通道与检测区的入口端相连接。
优选的,所述检测区包括一条迂回弯曲的流体通道II,且相比于所述混合反应区的流体通道I,检测区流体通道II更长更紧密,所述流体通道II的入口端通过第三连接通道与混合反应区的出口端相连接,所述流体通道II的出口端通过第四连接通道与毛细管区的入口端相连接。
优选的,所述毛细管区包括多个毛细管分流通道,每个毛细管通道的轴向沿前后方向延伸,多个毛细管分流通道整体呈现一个扇形形状,多个毛细管分流通道在水平面内并排设置。
优选的,所述指压泵区为扇形形状,指压泵区内没有流体通道,在扇形形状外设置了通道以用来划定指压泵区,用于芯片封接前提前放置吸水棉。
优选的,所述芯片本体的高度为4-8mm,所述芯片本体前后方向的长度为45-55mm,所述进样孔的直径为2-6mm,所述流体通道I、流体通道II、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道的宽度为200-500um。
优选的,所述氧化铟锡(ITO)电极为三电极,包含工作电极、对电极、参比电极,工作电极位于中间,对电极位于右边,参比电极位于左边,所述氧化铟锡(ITO)电极是使用磁控溅射的方法在钠钙玻璃上镀上一层透明氧化铟锡(ITO)膜加工制作成。
本发明还提出了一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片的制备方法,包括以下步骤:
(1)选用聚二甲基硅氧烷为原料,首先加工出免泵式微流控芯片的芯片胚料,所述芯片胚料的底部成型出对应的反应槽、流体通道、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道,然后在芯片胚料上对应位置打孔,形成免泵式微流控芯片的进样孔,打孔之后的芯片胚料作为芯片本体;
(2)取一片洁净的氧化铟锡(ITO)电极备用;
(3)对芯片本体进行清洗洁净后烘干,清洗具体操作为:首先将芯片本体放入含有乙醇的容器内并置于超声清洗机内清洗5-8分钟,取出芯片本体后用去离子水冲洗芯片本体5-8次,然后将芯片本体放入含有异丙醇的容器内并置于超声清洗机内清洗5-8分钟,取出芯片本体后用去离子水冲洗芯片本体5-8次;
(4)在芯片本体的指压泵区放置好所需的吸水棉;
(5)将芯片本体进行等离子氧化90s,氧化完成后,立即将芯片本体与步骤(2)氧化铟锡(ITO)电极进行牢固封接,即得到免泵式微流控芯片成品。
本发明提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,具有以下有益效果:
1、本发明提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,芯片本体的高度为4mm-8mm,芯片本体前后方向的长度为45mm-55mm,进样孔的直径为2mm-6mm,流体通道I、流体通道II、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道的宽度为200um-500um;体积小,便于携带,有利于实现即时检测。
2、本发明提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,真正实现了免泵技术,无需使用复杂的外部泵送系统。在芯片本体的指压泵区提前放置好所需的吸水棉,利用手指的驱动压力为免泵式微流控芯片通道内的流体提供初始动力,当流体流过毛细管区时,又利用毛细管通道和吸水棉的毛细管力为免泵式微流控芯片通道内的流体提供持续动力。本发明提供的免泵式微流控芯片,集成度高,样本的加样、混合、反应、检测等步骤都集成在一个几平方厘米的芯片上,非常适合应用于各种集成化、便携化、小型化生化分析检测上多参数分析。
3、本发明提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片的制备方法,通过采用聚二甲基硅氧烷做胚料,加工出免泵式微流控芯片的芯片,其具有良好的生物兼容性、透光性,价格便宜,使用方法简单等优良特性,非常适合用于生化分析检测。
附图说明
图1为本发明提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片的芯片本体的结构示意图。
图2为本发明提出的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片的氧化铟锡(ITO)电极的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明实施方式进行清楚、完整的描述。
实施例
结合附图1和附图2可知:本发明公开了一种免泵式微流控芯片,包括芯片本体和固定贴附在芯片本体底部的氧化铟锡(ITO)电极,所述芯片本体上设置有依次通过连接通道连接的进样区、预反应区、混合反应区、检测区、毛细管区、指压泵区,所述进样区和预反应区呈左右方向排布且靠近芯片本体的前端,所述检测区位于芯片本体的中部,所述毛细管区和所述指压泵区靠近芯片本体的后端;
所述进样区包括至少两个进样孔,且上下贯通所述芯片的芯片本体,所述进样孔的直径为2-6mm;
所述预反应区包括预反应槽,进样区的至少两个进样孔分别通过至少两个第一连接通道在预反应槽处汇合,预反应槽的直径为1-3mm;
所述混合反应区包括一条迂回弯曲的流体通道I,所述流体通道I的入口端通过第二连接通道与预反应槽的出口端相连接,所述流体通道I的出口端通过第三连接通道与检测区的入口端相连接;
所述检测区包括一条迂回弯曲的流体通道II,且相比于所述混合反应区的流体通道I,检测区流体通道II更长更紧密,所述流体通道II的入口端通过第三连接通道与混合反应区的出口端相连接,所述流体通道II的出口端通过第四连接通道与毛细管区的入口端相连接;
所述毛细管区包括多个毛细管分流通道,每个毛细管通道的轴向沿前后方向延伸,多个毛细管分流通道整体呈现一个扇形形状,多个毛细管分流通道在水平面内并排设置;
所述指压泵区为扇形形状,指压泵区内没有流体通道,在扇形形状外设置了通道以用来划定指压泵区,用于芯片封接前提前放置吸水棉;
所述预反应槽、流体通道I、流体通道II、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道均设置在芯片本体底部且通过氧化铟锡(ITO)电极紧密封接;
所述芯片本体的高度为4-8mm,所述芯片本体前后方向的长度为45-55mm,所述进样孔的直径为2-6mm,所述流体通道I、流体通道II、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道的宽度为200-500um;
所述氧化铟锡(ITO)电极为三电极体系,包含工作电极、对电极、参比电极,工作电极位于中间,对电极位于右边,参比电极位于左边,所述氧化铟锡(ITO)电极是使用磁控溅射的方法在钠钙玻璃上镀上一层透明氧化铟锡(ITO)膜加工制作成。
本发明还提出了一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片的制备方法,包括以下步骤:
(1)选用聚二甲基硅氧烷为原料,首先加工出免泵式微流控芯片的芯片胚料,所述芯片胚料的底部成型出对应的反应槽、流体通道、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道,然后在芯片胚料上对应位置打孔,形成免泵式微流控芯片的进样孔,打孔之后的芯片胚料作为芯片本体;
(2)取一片洁净的氧化铟锡(ITO)电极备用;
(3)对芯片本体进行清洗洁净后烘干,清洗具体操作为:首先将芯片本体放入含有乙醇的容器内并置于超声清洗机内清洗5-8分钟,取出芯片本体后用去离子水冲洗芯片本体5-8次,然后将芯片本体放入含有异丙醇的容器内并置于超声清洗机内清洗5-8分钟,取出芯片本体后用去离子水冲洗芯片本体5-8次;
(4)在芯片本体的指压泵区放置好所需的吸水棉;
(5)将芯片本体进行等离子氧化90s,氧化完成后,立即将芯片本体与步骤(2)氧化铟锡(ITO)电极进行牢固封接,即得到免泵式微流控芯片成品。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述免泵式微流控芯片包括芯片本体和固定贴附在芯片本体底部的氧化铟锡电极;所述芯片本体上设置有依次通过连接通道连接的进样区、预反应区、混合反应区、检测区、毛细管区、指压泵区;所述进样区和预反应区呈左右方向排布且靠近芯片本体的前端,所述检测区位于芯片本体的中部,所述毛细管区和所述指压泵区靠近芯片本体的后端;所述氧化铟锡电极为三电极体系,包含工作电极、对电极、参比电极。
2.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述进样区包括至少两个进样孔,且上下贯通所述芯片本体,所述进样孔的直径为2-6mm。
3.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述预反应区包括预反应槽,进样区的至少两个进样孔分别通过至少两个第一连接通道在预反应槽处汇合,预反应槽的直径为1-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述混合反应区包括一条迂回弯曲的流体通道I,所述流体通道I的入口端通过第二连接通道与预反应槽的出口端相连接,所述流体通道I的出口端通过第三连接通道与检测区的入口端相连接。
5.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述检测区包括一条迂回弯曲的流体通道II,且相比于所述混合反应区的流体通道I,检测区流体通道II更长更紧密,所述流体通道II的入口端通过第三连接通道与混合反应区的出口端相连接,所述流体通道II的出口端通过第四连接通道与毛细管区的入口端相连接。
6.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述毛细管区包括多个毛细管分流通道,每个毛细管通道的轴向沿前后方向延伸,多个毛细管分流通道整体呈现一个扇形形状,多个毛细管分流通道在水平面内并排设置。
7.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述指压泵区为扇形形状,指压泵区内没有流体通道,在扇形形状外设置了通道以用来划定指压泵区,用于芯片封接前提前放置吸水棉。
8.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述芯片本体的高度为4-8mm,所述芯片本体前后方向的长度为45-55mm,所述进样孔的直径为2-6mm,所述流体通道I、流体通道II、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道的宽度为200-500um。
9.根据权利要求1所述的一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片,其特征在于,所述氧化铟锡电极为三电极,包含工作电极、对电极、参比电极,工作电极位于中间,对电极位于右边,参比电极位于左边,所述氧化铟锡电极是使用磁控溅射的方法在钠钙玻璃上镀上一层透明氧化铟锡膜加工制作成。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的可用于电化学检测的免泵式微流控芯片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)选用聚二甲基硅氧烷为原料,首先加工出免泵式微流控芯片的芯片胚料,所述芯片胚料的底部成型出对应的反应槽、流体通道、多个毛细管通道、第一连接通道、第二连接通道、第三连接通道和第四连接通道,然后在芯片胚料上对应位置打孔,形成免泵式微流控芯片的进样孔,打孔之后的芯片胚料作为芯片本体;
(2)取一片洁净的氧化铟锡电极备用;
(3)对芯片本体进行清洗洁净后烘干,清洗具体操作为:首先将芯片本体放入含有乙醇的容器内并置于超声清洗机内清洗5-8分钟,取出芯片本体后用去离子水冲洗芯片本体5-8次,然后将芯片本体放入含有异丙醇的容器内并置于超声清洗机内清洗5-8分钟,取出芯片本体后用去离子水冲洗芯片本体5-8次;
(4)在芯片本体的指压泵区放置好所需的吸水棉;
(5)将芯片本体进行等离子氧化90s,氧化完成后,立即将芯片本体与步骤(2)氧化铟锡电极进行牢固封接,即得到免泵式微流控芯片成品。
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