離心力驅(qū)動(dòng)微流控芯片以其設(shè)備簡(jiǎn)單,制作成本低,集成度高等優(yōu)勢(shì)在醫(yī)療診斷、食品衛(wèi)生、化工生產(chǎn)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,正在成為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn),更為簡(jiǎn)單、快速、高精度的離心力驅(qū)動(dòng)芯片的加工方法以及與旋轉(zhuǎn)的芯片相匹配的試樣引入和檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)于促進(jìn)技術(shù)普及化,儀器商品化具有重要意義。

與普通的微流控芯片不同,離心式芯片在結(jié)構(gòu)上具有以下典型特點(diǎn):首先,芯片多為圓形結(jié)構(gòu),其大小與生活中使用的CD相當(dāng),芯片可集成數(shù)十到上百個(gè)由圓盤(pán)中心向外圍呈輻射分布重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。通常在每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的外圍會(huì)設(shè)計(jì)一些氣路通道,以確保芯片在旋轉(zhuǎn)時(shí)各通道內(nèi)氣壓的平衡；其次,每個(gè)結(jié)構(gòu)單元由于應(yīng)用體系要求不同在構(gòu)型設(shè)計(jì)上也有差異,但它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)那就是通過(guò)通道的內(nèi)徑突變來(lái)實(shí)現(xiàn)微閥的作用。

離心式微流控芯片的加工方法

由于離心式微流控芯片是利用芯片材質(zhì)的憎水表面在通道內(nèi)徑突變處產(chǎn)生毛細(xì)阻力實(shí)現(xiàn)對(duì)液流的控制,所以此類(lèi)微泵芯片通常都是采用高聚物材料加工制作，常用的有聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。

陽(yáng)模的加工

SU-8光刻膠在光刻、曝光、顯影后可得到高深寬比的微結(jié)構(gòu),可直接用于微流控芯片陽(yáng)模的制作。SU-8光刻膠陽(yáng)模具有工序簡(jiǎn)單、加工成本低等優(yōu)點(diǎn),可高效的應(yīng)用于固化型和溶劑揮發(fā)型高聚物材料的小批量低壓澆注成型,但它所具有的低機(jī)械強(qiáng)度和熱應(yīng)力,使其很難用于高壓下才能進(jìn)行的熱壓和注塑成型。

金屬由于其高的機(jī)械強(qiáng)度和熱應(yīng)力是塑料芯片加工的一種非常理想的模具材料。Lee等分別在硅和鎳材料基片上制作了鎳金屬陽(yáng)模,并從脫模的難易和加工程序簡(jiǎn)單程度的角度對(duì)這兩種方法進(jìn)行比較。雖然電鑄技術(shù)得到的鎳基陽(yáng)模具有表面粗糙度小(<10nmRMS)[4]、精度高及堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn),但由于電鑄過(guò)程緩慢、電力線(xiàn)存在一定的彎曲,使鎳的生長(zhǎng)速度不均一,陽(yáng)模容易彎曲等問(wèn)題會(huì)對(duì)芯片的加工質(zhì)量有一定的影響。

單晶硅以其成熟的微加工技術(shù)、較高的硬度和導(dǎo)熱性,已被廣泛應(yīng)用于高聚物微流控芯片陽(yáng)模的制作。雖然用硅陽(yáng)模可以很方便的實(shí)現(xiàn)芯片的小批量復(fù)制,但由于硅很脆,在進(jìn)行高壓成型時(shí)通常要在陽(yáng)模下鍵合一塊5mm厚的玻璃片,以增加硅片陽(yáng)模的機(jī)械強(qiáng)度。

芯片的封裝

加工后的微通道是敞開(kāi)的,為了使通道形成毛細(xì)管,通常需要將另一塊高聚物或玻璃作為蓋片與該基片封合。

離心力驅(qū)動(dòng)微泵具有設(shè)備簡(jiǎn)單、流體無(wú)脈動(dòng)、可驅(qū)動(dòng)流體不受限制等優(yōu)勢(shì),此外,由于其動(dòng)力是施加于芯片上的所有液流,單一電機(jī)可同時(shí)為芯片上所有(數(shù)十到數(shù)百個(gè))結(jié)構(gòu)單元提供驅(qū)動(dòng)力,這對(duì)于進(jìn)行微流控芯片的高通量分析有著很重要的意義,已廣泛應(yīng)用于生物[27]及化學(xué)分析等領(lǐng)域。