微流控芯片材料如何选择,大致有这几点

微流控芯片研制过程中,首先要考虑芯片材料的选取。芯片材料的选取原则大体有下述几点:

一、芯片材料与芯片实验室的工作介质之间要有良好的化学和生物相容性,不发生反应;

二、芯片材料应有很好的电绝缘性和散热性;

三、芯片材料应具有良好的光学性能,对检测信号干扰小或无干扰;

四、芯片材料表面要具有良好的可修饰性,可产生电渗流或固载生物大分子;

五、芯片的制作工艺简单,材料及制作成本低廉。

硅、石英和玻璃硅分为单晶硅和无定型娃,是最先尝试使用的芯片基材。具有良好的化学惰性和热稳定性,单晶硅生产工艺和微细加工技术己趋成熟,使用光刻和烛刻方法可以高精度地复制出二维图形或者复杂的三维结构,在半导体和集成电路上得到广泛应用。

微流控芯片材料如何选择,大致有这几点 第2张

但是由于硅材料的不透明性、电绝缘性较差、抗腐蚀性能难以满足化学分析的需要,加之易碎、价格偏高、表面化学行为也较复杂的缺点在微流控芯片中的应用受到限制。尽管如此,由于硅材料具有良好的光洁度和成熟的加工工艺,作为微加工中的微模材料和某些功能单元加工中仍常有应用,如可用于加工微系、微阀等流体驱动和控制元件,此外,在用模塑法、热压法制作高分子聚合物芯片时常用它作相应的模具。

石英和玻璃有良好的电渗和优良的光学特性,弥补了单晶硅在光学和电学特性方面的不足,而且他们的表面吸附和表面反应能力都有利于对表面改性,尤其是玻璃作为化学分析的反应和测量容器的传统材料,具有易得、廉价等优点,很快成为微流控系统主流基材之一。玻璃具有的电渗性质、光透明性为微流控系统的故障诊断和光学检测提供了便利条件,尤其是石英,适合于用紫外分光光度法检测的微流控芯片制作。

有机高分子聚合物高分子聚合物种类多,加工成型方便,原材料价格较低,具有良好的透明性和介电—性,成为玻璃材料之后另一类主要芯片材料。用于微流控芯片制作的高分子聚合物主要有三类:热塑性聚合物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物。热塑型聚合物,即室温下为固体的塑料,有聚甲基丙燏酸甲酯和水凝胶等。溶剂挥发型聚合物有两稀酸、橡胶和氟塑料等制作时将他们溶于适当的溶剂,再通过缓慢挥发溶剂而得到芯片。

固化型聚合物有聚二甲基娃氧焼、环氧树脂和聚氨酯等,它们与固化剂混合后,经过一段时间的固化变硬即得到芯片。弹性体材料,又称硅橡胶,是众多聚合物中用得较多的一种,也是当前应用最多的微流控芯片材料之一。由于具有独特的弹性,良好的透光性,介电性,化学惰性,无毒,耐用,容易加工又廉价而迅速普及。容易由单体和交联剂的预聚物热交联而得,反应温和,在下就能实现。能透过以上的紫外与可见光;能可逆和重复变形而不发生永久性破坏;能用模塑法高保真地复制微流控芯片;能在芯片微通道表面进行多种改性修饰;它不仅能与自身可逆结合,还能与玻璃、硅、二氧化硅和氧化型多聚物可逆结合。

由于微流控芯片中的生物、化学反应常常是在液相下进行的,与各种溶剂的相容性在应用研究中显得非常重要。等寸的耐溶剂特性进行了系统研究,汉等“对聚合物基材的特点进行了很好的综述,并提出选择聚合物材料的主要考虑因素:(1)良好的光学性质;⑵易于加工;⑶对待分析物惰性;⑷良好的电和热特性;有多种表面修饰和改性方法。光敏聚合物光刻胶)光刻胶是感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。根据用途不同,有不同浓度、不同物理化学和光学性质的品种供选择。

光刻胶有两种基本类型,一种在曝光时发生交联反应形成曝光前更难溶的聚合物,即负胶,如光刻胶;另一种在光时聚合物发生链断裂分解而变得更容易溶解,即正胶,如光刻胶。最有代表性的光敏聚合物材料是光刻胶。PDMS是一种环氧型聚合物材料,最早由公司开发并申请专利。它本身既可作光胶,同时也可作为微结构材料。PDMS的光学透明性、硬质、光敏的独特性质,在微加工材料中独树一峡。主要特点如下:有很好的烘前自平能力;高机械强度;高化学惰性;可进行高深宽比、厚膜和多层结构加工。由于该光胶在近紫外区光透过率高,因而在厚胶上仍有很好的曝光均勾性,即使膜厚达,获得的图形边缘仍近乎垂直,深宽比可达。

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