溶剂键合法制作聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的研究

论文摘要

微流控芯片分析是当前分析化学的发展前沿和热点之一。聚合物微流控芯片易于加工、集成、实现批量生产,制作成本低,近年来对于热塑性聚合物芯片的加工制作受到越来越广泛的关注。微通道加工和芯片封合是芯片制作过程中的关键技术,其中溶剂键合法制作微流控芯片操作简单、快速,可在室温下实现芯片封合。本文以热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为制作芯片材料,发展了一种以乙酸乙酯作为键合溶剂键合微流控芯片的新方法。首先采用单晶硅阳模,通过热压法加工成型芯片微通道网络结构。由于乙酸乙酯和乙腈可以部分溶解聚甲基丙烯酸甲酯材料,本文选择乙酸乙酯和乙腈两种溶剂,首次采用多孔材料控制溶剂作用量。实验考察了聚甲基丙烯酸甲酯盖片与乙酸乙酯和乙腈两种溶剂作用时间、压力、加压时间等对溶剂键合的影响,通过比较乙腈和乙酸乙酯两种溶剂的毒性和键合得到的芯片微通道质量,实验选择乙酸乙酯作为键合溶剂,在室温下,实现了乙酸乙酯溶剂键合法制作聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片。为了考察制成的PMMA微流控芯片的质量,实验中对芯片做了一系列表征。采用CCD和扫描电镜(SEM)表征了微通道及通道截面的形貌。硅阳模压制的芯片基片微通道上底宽81.4μm,下底宽166.1μm,深度为54.4μm,封合后芯片上底平均值77.5μm(n=5),下底平均值161.81μm(11=5),深度的平均值53.5μm(n=5),微通道深度变化不到1μm,其相对变形性为1.7%,相对标准偏差(RSD)为0.94%(n=5),结果表明实现了溶剂封合,而且通道变形较小,重现性高。进行芯片键合强度测试,其拉应力的平均抗拉强度为1.95MPa,高于文献报道的芯片封合强度0.55MPa。考察了芯片的区带电泳性能。将溶剂键合制作的聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片应用于电泳分离Cy5红敏荧光染料,在最优实验条件下连续15次进样,测定Cy5保留时间的RSD为1.7%(n=15),峰高的RSD为2.0%(n=15),理论塔板数为1.6×105/m,表明溶剂键合制作的PMMA微流控芯片可应用于芯片毛细管电泳分离。本文采用多孔材料,建立了在室温下乙酸乙酯溶剂键合制作PMMA微流控芯片的一种新方法,操作简便,且毒性小,通道变形性小,封合强度高,制作成本低,芯片可应用于芯片毛细管电泳等领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微流控分析芯片的材料
• 1.2.1 芯片材料的选取
• 1.2.2 芯片材料的分类及其性能特点
• 1.3 热塑性聚合物微流控分析芯片的微通道结构加工技术
• 1.3.1 注塑法
• 1.3.2 热压法
• 1.3.3 激光烧蚀法
• 1.3.4 LIGA技术
• 1.4 热塑性聚合物微流控分析芯片的封合技术
• 1.4.1 直接热封合
• 1.4.2 热压封合
• 1.4.3 胶黏剂封合
• 1.4.4 溶剂键合
• 1.5 微流控芯片毛细管电泳的应用
• 1.5.1 核酸分析
• 1.5.2 蛋白质和多肽的分析
• 1.5.3 小分子分析
• 1.6 本文的研究工作
• 1.7 本章小结
• 第2章 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的制作
• 2.1 引言
• 2.2 实验设计思路
• 2.3 材料试剂与仪器
• 2.3.1 试剂与材料
• 2.3.2 仪器设备
• 2.4 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的制作
• 2.4.1 聚甲基丙烯酸甲酯芯片微通道的制作
• 2.4.2 聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片的键合
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 聚甲基丙烯酸甲酯基片微通道制作条件的优化
• 2.5.2 聚甲基丙烯酸甲酯芯片溶剂键合条件的优化
• 2.5.3 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片键合溶剂的选择
• 2.6 本章小结
• 第3章 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的表征及应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器与试剂
• 3.2.1 仪器与装置
• 3.2.2 试剂
• 3.3 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的表征
• 3.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片基片形貌的表征
• 3.3.2 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片形貌的表征
• 3.3.3 聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片键合强度测试
• 3.4 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片电泳性能的研究
• 3.4.1 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片电泳分离操作
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.4.3 芯片区带电泳性能的考查
• 3.5 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