專利名稱：帶有金屬微電極的高聚物微流控芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備帶有金屬微電極的毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測高聚物芯片的方法。
背景技術(shù)：
微型全分析系統(tǒng)(Miniaturized Total Analysis Systems，μTAS)是當(dāng)前分析化學(xué)的學(xué)術(shù)前沿之一，而芯片毛細(xì)管電泳則是μTAS中的主流研究領(lǐng)域之一。目前，芯片毛細(xì)管電泳多采用激光誘導(dǎo)熒光(LIF)檢測器完成DNA、蛋白質(zhì)等重要的復(fù)雜生化試樣的高速、高效和高靈敏度的分離與分析。但是絕大多數(shù)化合物沒有天然熒光，需要經(jīng)過熒光衍生后才能為LIF檢測，而且LIF檢測器體積龐大，影響了整個分析系統(tǒng)的微型化和集成化。電化學(xué)檢測器成本低、靈敏度高、易于集成化、可直接檢測許多化合物，已越來越多地受到人們的重視。研制帶有電化學(xué)檢測微電極的微流控芯片成為當(dāng)前的一個研發(fā)熱點。目前制備帶有集成化微電極的微流控芯片的一般方法為①在玻璃基片上通過濺射(或者熱蒸發(fā))的方法形成一層電極材料的金屬，涂覆一層光膠后，再通過光刻一濕法腐蝕技術(shù)制得帶有微電極的玻璃蓋片；②在另一片玻璃基片上制備微細(xì)通道；③將帶有微電極玻璃蓋片與帶有微細(xì)通道的玻璃基片對準(zhǔn)、封合在一起，形成微流控分析芯片。這種制備芯片的方法需要潔凈工作室和一些昂貴的特殊設(shè)備，成本高。目前，也有將微細(xì)通道制備在聚二甲基硅氧烷(PDMS，俗稱硅橡膠)片上，再與帶有微電極的玻璃蓋片結(jié)合為由兩種材料組成的“雜交”芯片。雖然，克服了封合的難題，但由于兩種材料所支持的電滲流不同，影響了電泳分離效率。
也有文獻(xiàn)報導(dǎo)用熱塑型高聚物材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)制備全塑型微流控分析芯片。這類芯片基本上采用LIF檢測，用于DNA等分離分析。
最近美國專利(專利號20040191703)公布了美國路易斯安娜州州立大學(xué)Soper-McCarley研究小組發(fā)明的一種借助于紫外光對高聚物的光降解作用，在高聚物表面進(jìn)行選擇性光化學(xué)修飾，從而無須光刻膠即可在高聚物表面進(jìn)行光刻的新技術(shù)。使紫外光通過石英/鉻板掩模輻照PMMA或PC表面的選擇區(qū)域，使該區(qū)域發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而形成羧基。在此基礎(chǔ)上，通過胺化、氯金酸處理、硼氫化鈉還原，可以在PMMA或PC表面形成化學(xué)鍍所必須的活化中心，將選擇性活化的高聚物浸入化學(xué)鍍液中實現(xiàn)了選擇區(qū)域的金屬化。
但是，應(yīng)用該技術(shù)在PC片上制備金屬微電極時易出現(xiàn)非選擇性過鍍現(xiàn)象，鍍層與PC片之間的附著力也欠強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、成本低的制備帶有金屬微電極的微流控芯片的方法。
本發(fā)明提供帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是采用高聚物表面的選擇性光化學(xué)修飾技術(shù)，制備帶有金屬微電極的熱塑型高聚物材料蓋片，所制備的芯片由兩片高聚物材料組成一片是帶有十字形微通道的高聚物材料基片，另一片是帶有金屬微電極的高聚物材料蓋片，通過熱壓的方法封合形成具有毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測功能的微流控芯片。
具體步驟為(1)通過選擇性光化學(xué)修飾結(jié)合選擇性區(qū)域的化學(xué)鍍在高聚物蓋片上制備金屬微電極；(2)使用鎳基陽?；蛘吖桕柲＃诟呔畚锘蠠釅盒纬墒中瓮ǖ阑?；(3)采用熱壓法封合帶有金屬微電極蓋片和十字形通道基片，獲得帶有金屬微電極的微流控毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測高聚物芯片。
以在PC片上制備金微電極為例，本發(fā)明所述在PC蓋片上制備金微電極的方法，其步驟是(1)以石英/鉻板為光掩模，用紫外光作為光源對PC蓋片表面的選擇區(qū)域進(jìn)行輻照；(2)采用乙二胺作為胺化液，1-[3′-(N，N-二甲基胺基)丙基]-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽為偶合劑對經(jīng)過選擇區(qū)域輻射的PC進(jìn)行胺化反應(yīng)；(3)將經(jīng)過選擇區(qū)域胺化的PC蓋片浸入氯金酸溶液中反應(yīng)；(4)用水清洗后，再將其浸入硼氫化鈉溶液中還原；(5)用水清洗后，再將其浸入硫氫化鉀溶液中超聲清洗；(6)將經(jīng)過清洗的PC蓋片浸入到由亞硫酸金鈉、亞硫酸鈉和甲醛組成的鍍液中，在45-50℃下反應(yīng)30-60分鐘。
(7)將鍍有金微電極的PC蓋片放入烘箱退火處理后，即獲得本發(fā)明的帶有金微電極的PC蓋片。
本發(fā)明帶有金微電極蓋片和十字形通道基片的封合方法，其步驟是(8)使用帶有十字通道結(jié)構(gòu)的鎳基陽模或者硅陽模，在PC基片上熱壓，冷卻后脫模，形成具有十字通道的PC基片；(9)用鉆頭，在PC基片的十字通道的四端鉆出四個儲液孔；(10)將PC金微電極蓋片和表面具有十字通道的PC基片在低溫氧等離子體氣氛處理；(11)迅速將蓋片合在具有十字通道的基片上，用溶劑將二片的相對位置進(jìn)行預(yù)固定，將固定后的芯片放在兩片玻璃之間，用夾子夾緊，放入烘箱熱封，降溫后取出芯片；(12)在通道的四儲液孔位置用環(huán)氧樹脂粘上適當(dāng)大小的儲液槽，獲得帶有金微電極的微流控毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測芯片。
本發(fā)明所述超聲清洗采用的硫氫化鉀溶液濃度為0.2-0.5mol/L，清洗時間為30-60分鐘。
本發(fā)明所述蓋片退火處理溫度為138-142℃，時間2-3小時。
本發(fā)明所述芯片預(yù)固定的溶劑為二氯甲烷。
本發(fā)明所述芯片的熱封，將固定后的芯片放入烘箱，升溫至146℃，保溫20-30分鐘后，降溫至室溫，取出芯片。
本發(fā)明所述制備芯片的高聚物材料可以是聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等熱塑性高分子材料。
本發(fā)明所述金屬微電極可以是金、銅、鎳、鉑、鈀、銀等貴金屬或者過渡金屬材料。
本發(fā)明所述金屬微電極可以是單電極、雙電極、多電極、陣列電極等。
由于本發(fā)明對經(jīng)過活化的PC表面在硫氫化鉀溶液中進(jìn)行超聲清洗，消除了化學(xué)鍍金屬微電極時出現(xiàn)的非選擇性過鍍現(xiàn)象；通過退火增加電極和蓋片間的附著力；用溶劑將帶有微電極的蓋片和具有十字微通道的基片預(yù)固定后再熱封的方法，保證了芯片封合的精度。本發(fā)明的特點是采用光化學(xué)選擇性修飾-選擇性區(qū)域化學(xué)鍍技術(shù)在高聚物表面制得的金屬微電極精度高，分析性能好；芯片的整個加工過程可以在普通化學(xué)實驗室或較為清潔的車間中利用一般的化學(xué)器皿和機械設(shè)備進(jìn)行，無須潔凈工作室和特殊設(shè)備，工藝易掌握，成本低。


圖1帶有金微電極的微流控芯片圖2應(yīng)用圖1所示芯片分離檢測多巴胺和兒茶酚的電泳譜中(a)封合后的芯片圖形；(b)通道和微電極的構(gòu)型。1-試樣溶液池，2-試樣廢液池，3-緩沖液池，4-廢液池(檢測池)，5-金微電極，6-具有十字通道的基片，7-具有微電極的蓋片，8-多巴胺，9-兒茶酚。
具體實施例方式
參見圖1，制備帶有金微電極的集成化毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測聚碳酸酯微流控芯片的步驟為A、用低壓汞燈作為光源，石英/鉻板作掩模，對0.5-1mm厚、4×6cm的PC蓋片7表面的選擇區(qū)域進(jìn)行輻照2.5小時。
B、將幅照過的PC蓋片7放入0.36mol/L乙二胺-0.5mol/L 1-[3′-(N，N-二甲基胺基)丙基]-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽溶液中反應(yīng)3小時，用蒸餾水清洗干凈。
C、將經(jīng)(B)反應(yīng)的PC蓋片7浸入1mmol/L氯金酸溶液中反應(yīng)2.5小時，用水清洗后，再將其浸入0.1mol/L硼氫化鈉溶液中反應(yīng)10分鐘。
D、.將經(jīng)(C)反應(yīng)的PC蓋片7用水沖洗后，浸入0.2-0.5mol/L硫氫化鉀溶液中，超聲清洗30-60分鐘。
E、將超聲清洗后的PC蓋片7用水沖洗后，浸入到化學(xué)鍍金液(8mmol/L亞硫酸金鈉、0.125mol/L亞硫酸鈉和0.6mol/L甲醛)中，于45-50℃下反應(yīng)30-60分鐘，就可以在特定的選擇區(qū)域形成均勻、細(xì)密的薄層金微電極5，洗凈，吹干。當(dāng)制備銅、鎳、鉑、鈀、銀等貴金屬或者過渡金屬微電極時，只要將化學(xué)鍍液換成相應(yīng)的金屬鍍液即可。
F、將鍍有金微電極5的PC蓋片7放入烘箱，在138-142℃退火2-3小時。
G、使用帶有十字通道結(jié)構(gòu)的鎳基陽?；蛘吖桕柲?，在142℃，1.0MPa的條件下，在另一片2-4mm厚、3×6cm的PC基片上熱壓2分鐘，冷卻后脫模，形成具有十字通道的PC基片6。
H、使用1-2mm直徑的鉆頭，在十字通道的四端鉆出四個儲液孔。
I、將表面鍍有微電極的PC蓋片(電極面向上)和表面具有十字通道的PC基片(通道面向上)在低溫氧等離子體氣氛處理5分鐘。
J、迅速將具有電極的PC蓋片合在具有十字通道的PC基片上，在顯微鏡下使PC蓋片上的微電極對準(zhǔn)PC基片上分離通道的出口，使得電極-通道出口間的間離控制在20-50μm，對準(zhǔn)后立即在芯片的四角各滴一滴二氯甲烷，在空氣中揮干，以使蓋片和基片的相對位置固定。
K、將固定后的芯片放在兩片玻璃之間，用夾子夾緊，放入烘箱，升溫至146℃，保溫20-30分鐘后，降溫至室溫，取出芯片。
L、在通道的四儲液孔位置用環(huán)氧樹脂粘上適當(dāng)大小的試樣溶液池1，試樣廢液池2，緩沖液池3，廢液池4，即制成本發(fā)明的帶有金微電極的微流控芯片。
上述帶有金微電極的微流控毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測芯片用于分離檢測多巴胺和兒茶酚，分析效果好，見圖2的電泳譜圖。圖中8-多巴胺，9-兒茶酚，濃度均為50μmol/L。緩沖液，25mmol/L MES；分離電壓，1200V；檢測電位1.0V對飽和Ag/AgCl電極。
權(quán)利要求
1.一種帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是采用高聚物表面的光化學(xué)選擇性修飾技術(shù)，制備帶有金屬微電極的熱塑性高聚物材料蓋片；所制備的芯片由兩片高聚物材料組成一片是帶有十字形微通道的高聚物材料基片，另一片是帶有金屬微電極的高聚物材料蓋片，通過熱壓的方法封合形成具有毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測功能的微流控芯片，具體步驟為●通過光化學(xué)選擇性修飾結(jié)合選擇性區(qū)域的化學(xué)鍍在高聚物蓋片上制備金屬微電極；●使用鎳基陽?；蛘吖桕柲?，在高聚物基片上熱壓形成十字形通道基片；●采用熱壓法封合帶有金屬微電極蓋片和十字形通道基片，獲得帶有金屬微電極的微流控毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是高聚物蓋片上金屬微電極制備的方法，其步驟是1)以石英/鉻板為光掩模，用紫外光作為光源對蓋片表面的選擇區(qū)域進(jìn)行輻照；2)采用乙二胺作為胺化液，1-[3-(N，N-二甲基胺基)丙基]-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽為偶合劑對經(jīng)過選擇區(qū)域輻射的高聚物進(jìn)行胺化反應(yīng)；3)將經(jīng)過選擇區(qū)域胺化的高聚物浸入氯金酸溶液中反應(yīng)；4)用水清洗后，再將其浸入硼氫化鈉溶液中還原；5)用水清洗后，再將其浸入硫氫化鉀溶液中超聲清洗；6)將經(jīng)過清洗的高聚物蓋片浸入到含有待鍍金屬離子、絡(luò)合劑和還原劑甲醛的鍍液中，于45-50℃下反應(yīng)30-60分鐘，將鍍有金屬微電極的蓋片放入烘箱退火處理后，即獲得本發(fā)明的高聚物金屬微電極蓋片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是鍍微電極之前，采用0.5mol/L的硫氫化鉀溶液對活化后的高聚物表面超聲清洗30分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是將鍍有微電極的蓋片在142℃下退火3小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是熱壓法封合帶有金屬微電極蓋片和十字形通道基片的封合方法，其步驟是7)使用帶有十字通道結(jié)構(gòu)的鎳基陽?；蛘吖桕柲＃诨嫌?42℃，1.0MPa的條件下熱壓，冷卻后脫模，形成具有十字通道的高聚物基片；8)用鉆頭，在高聚物基片十字通道的四端鉆出四個儲液孔；9)將高聚物金屬微電極蓋片和表面具有十字通道的高聚物基片在低溫氧等離子體氣氛處理；10)迅速將蓋片合在具有十字通道的基片上，用溶劑二片的相對位置進(jìn)行預(yù)固定，將固定后的芯片放在兩片玻璃之間，用夾子夾緊，放入烘箱熱封；11)在通道的四儲液孔位置用環(huán)氧樹脂粘上適當(dāng)大小的儲液槽，獲得帶有金屬微電極的微流控芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是將所述鍍有微電極的蓋片和具有十字通道的基片在低溫氧等離子體氣氛處理5分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是所述用溶劑將二片高聚物片的相對位置進(jìn)行預(yù)固定，在顯微鏡下使蓋片上的微電極對準(zhǔn)基片上分離通道的出口，使得電極-通道出口間的間離控制在20-50μm，對準(zhǔn)后立即在芯片的四角各滴-滴二氯甲烷，在空氣中揮干，以使蓋片和基片的相對位置固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是所述芯片的熱封合將固定后的芯片放入烘箱，升溫至146℃，保溫20分鐘后，降溫至室溫，取出芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是所述制備芯片的高聚物材料可以是聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯熱塑性高分子材料的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5所述的帶有金屬微電極的微流控芯片的制備方法，其特征是所述金屬微電極是單電極、雙電極、多電極或陣列電極，金屬微電極材料是金、銅、鎳、鉑、鈀、銀等。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶有金屬微電極的高聚物微流控芯片的制備方法，其特征是通過光化學(xué)方法和化學(xué)鍍的結(jié)合，在高聚物表面選擇性區(qū)域生成微電極。將表面鍍有微電極的蓋片和表面具有十字通道的基片，用氧等離子體氣氛處理后，再用熱壓的方法進(jìn)行封合，獲得帶有金屬微電極的微流控芯片。本發(fā)明具有制備工藝簡單，成本低，分析效果好的優(yōu)點。
文檔編號G01N27/28GK1725007SQ20051005071
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者陳恒武, 孔泳 申請人:浙江大學(xué)