专利名称：一种集成了透析功能的微流控芯片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能化微流控芯片加工技术，特别提供了一种在微流控芯片上集成透析功能的新技术。
背景技术：
最近的发展表明，芯片实验室技术在未来十至二十年内将对分析科学乃至整个科学技术的发展发挥四十年前微电子技术在信息科学发展中所起的类似推动作用。所谓芯片实验室，是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种技术。目前芯片实验室发展的重点是微流控芯片技术，它以微机电加工技术为基础，由微通道在芯片上形成网络，以可控微流体贯穿整个系统并完成各种生物和化学过程。
在微流控芯片技术发展早期(90年代中后期)，芯片毛细管电泳是其主流技术，所用芯片结构简单，功能单一；进入新世纪后，微流控芯片开始向功能化、集成化方向飞速发展，诸如PCR反应、免疫反应、细胞裂解等重要的生物和化学过程都得以在芯片上实现，而现阶段，为了构建真正意义上的“芯片实验室”，人们开始将更多的目光投向各种样品预处理技术在芯片上的集成，如过滤、液相萃取、固相萃取及微透析等。
透析是一种重要的样品预处理技术，其原理是利用半透膜对不同分子的截留效应，在膜两边浓度梯度的驱动下，小于膜截留分子量的小分子可从膜的一边扩散到另一边，而大于截留分子量的大分子则不能透过。根据分离目的的不同，透析一般有两种操作方式。第一种是将待分析物从复杂基体中提取到一洁净受体溶液中，随后在下游进行分析。这种方式广泛应用于人和动物各种体液样品中小分子的实时处理和分析；另一种方式与之相反，目的在于除去样品溶液中的小分子干扰物，典型的应用是在质谱分析之前对高盐样品进行脱盐。
为了在微流控芯片上集成微透析功能，前人尝试了多种不同方法，其中包括将商品化的微透析管嵌入芯片中或通过其他手段与芯片微通道连接；通过加压的方法在两片硬塑料(聚碳酸酯，PC)芯片之间夹入透析膜等。前者加工和操作技术复杂，而且商品化微透析管的溶液流量范围与常规微流控芯片的流量范围不匹配；后者采用机械加压法进行封接，难以在芯片上集成其它功能单元。

发明内容
本发明的目的在于提供一种集成了透析功能的微流控芯片，用这种芯片可对复杂样品进行在线透析处理，以便对分析物进行实时分析检测。
本发明提供了一种集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于芯片由三部分封接而成，芯片上、下层均含有微流体通道，夹心层为透析膜。
本发明提供的集成了透析功能的微流控芯片中，上、下两层芯片材料均可为PDMS聚合物，但所用PDMS预聚体与交联剂的配比不同，其中上层预聚体过量，而下层则交联剂过量；上层PDMS预聚体与交联剂的配比可为(3～8)∶1，下层PDMS预聚体与交联剂的配比可为(12～30)∶1。
本发明提供的集成了透析功能的微流控芯片中，所用透析膜材料可为再生纤维素、纤维素脂、PVDF、PC等。
本发明提供的集成了透析功能的微流控芯片中，上层PDMS厚度可为2～5mm，下层PDMS厚度可为1～2mm；芯片微通道宽可为50～500μm，通道深可为10～100μm。
本发明又提供一种集成了透析功能的微流控芯片的制备方法，其整个加工过程可分为三步首先分别浇注上、下PDMS层，在烘箱中聚合20～60分钟，从模板剥离后，在上层打出供流体出入的小孔；然后将透析膜贴在下层PDMS合适的位置，再与上层PDMS紧密粘在一起，使两层通道精确对齐；最后再将整个芯片放入烘箱中，继续聚合1～3小时。
本发明提供的集成了透析功能的微流控芯片的制备方法中，烘箱温度可为60～100℃。
本发明提供的集成了透析功能的微流控芯片的优点在于整个芯片为一永久封接的整体，而且透析膜只占芯片的一部分，在其他部分还可以集成其它功能单元；当两层芯片表面互相接触后，表面的乙烯基与硅羟基可继续反应，从而使上、下层实现永久封接，并提供了充足的时间来使上、下层微通道对齐。


图1为一种集成了透析功能的微流控芯片的结构示意图。
具体实施例方式
在图1所示芯片设计中，在同一块芯片上集成了透析预处理与电泳分离两个功能单元。芯片主体由上下两层PDMS构成，实线代表下层通道，虚线则代表上层通道；阴影部分为透析膜，它夹在两层PDMS芯片之间，用来隔开上下层通道。具体加工过程如下1、在硅片(或玻璃片)表面用SU-8光刻胶分别做出具有上、下层通道形状的突起，作为浇注上下层PDMS芯片的模板。
2、在上层模板上，倒入约5mm厚的PDMS(5∶1)，同时在下层模板上，倒入约2mm厚的PDMS(20∶1)，将两者同时放入80℃烘箱中聚合约30分钟。
3、从模板剥离后，在上层打出供流体出入的7个小孔；然后将小块透析膜贴在下层PDMS合适的位置，再与上层PDMS紧密粘在一起，使两层通道精确对齐。
4、然后再将整个芯片放入80℃烘箱中，继续聚合1-2小时。
图1所示芯片有两种典型的应用。
一是在电泳分离前对生化样品进行脱盐。例如在DNA的分离及分析中，由于PCR扩增产物盐分含量较高，直接进样时将对分离产生不利影响。传统的方法是采用一套kit对其进行分离纯化，既昂贵又耗时；而利用图1所示芯片可使脱盐与电泳分离两个过程在同一块芯片上完成。操作时，首先用微量注射泵将样品溶液从孔5缓缓注入上层透析通道，而透析缓冲液则从孔6注入，并以较快的速度在下层通道连续流动，此透析过程应持续一段时间；然后将透析后的样品注入孔2，并在孔1、2、3、4间加上电压以完成进样和电泳分离过程。
二是在电泳分离前除去蛋白质等大分子干扰物。如在分析尿中氨基酸等小分子时，可将尿样从孔6注入下层通道，而收集液则从孔5缓缓注入，一段时间后将收集液排入孔2，继而完成小分子的电泳分离与检测。
权利要求
1.一种集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于芯片由三部分封接而成，芯片上、下层均含有微流体通道，夹心层为透析膜。
2.按照权利要求1所述集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于上、下两层芯片材料为PDMS聚合物。
3.按照权利要求2所述集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于上、下两层所用PDMS预聚体与交联剂的配比不同，其中上层预聚体过量，而下层则交联剂过量。
4.按照权利要求3所述集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于上层PDMS预聚体与交联剂的配比为(3～8)∶1，下层PDMS预聚体与交联剂的配比为(12～30)∶1。
5.按照权利要求1所述集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于透析膜材料为纤维素、硝酸纤维素、PVDF或PC。
6.按照权利要求1所述集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于芯片微通道宽为50-500μm，通道深为10-100μm。
7.按照权利要求1所述集成了透析功能的微流控芯片，其特征在于上层PDMS厚度为2～5mm，下层PDMS厚度为1～2mm。
8.一种集成了透析功能的微流控芯片的制备方法，其特征在于整个芯片的加工过程分为三步首先分别浇注上、下PDMS层，在烘箱中聚合20～60分钟，从模板剥离后，在上层打出供流体出入的小孔；然后将透析膜贴在下层PDMS合适的位置，再与上层PDMS紧密粘在一起，使两层通道精确对齐；最后再将整个芯片放入烘箱中，继续聚合1～3小时。
9.按照权利要求8所述集成了透析功能的微流控芯片的制备方法，其特征在于烘箱温度为60～100℃。
全文摘要
本发明提供了一种集成了透析功能的微流控芯片，该芯片由三部分封接而成，芯片上、下层均含有微流体通道，夹心层为透析膜。其制备过程分为三步首先浇注上、下PDMS层，在烘箱中聚合20～60分钟，从模板剥离后，在上层打出供流体出入的小孔；然后将透析膜贴在下层PDMS合适的位置，再与上层PDMS紧密粘在一起，使两层通道精确对齐；最后再将整个芯片放入烘箱中，继续聚合1～3小时。该微流控芯片的优点在于整个芯片为永久封接的整体，而且透析膜只占芯片的一部分，其他部分还可以集成其它功能单元；当两层芯片表面互相接触后，表面的乙烯基与硅羟基可继续反应，从而使上、下层实现永久封接，并提供了充足的时间来使上、下层微通道对齐。
文档编号G01N1/28GK1629640SQ200310119149
公开日2005年6月22日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者龙志成, 林炳承 申请人:中国科学院大连化学物理研究所