你知道數(shù)字微流控芯片嗎?微流控芯片3大制作技術(shù)介紹

以下內(nèi)容中，小編將對(duì)微流控芯片的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)微流控芯片的了解，和小編一起來(lái)看看吧。

一、數(shù)字微流控芯片

微流控技術(shù)的核心思想，是以最小的消耗來(lái)獲得最大的產(chǎn)出，僅需極少的樣本采集便可獲得所需的各項(xiàng)信息。具體來(lái)講，微流控追求的是最小的反應(yīng)體系(皮升、納升級(jí)別)，保持最低的試劑和樣品消耗，并行最多的獨(dú)立反應(yīng)，同時(shí)保持反應(yīng)體系的封閉性，減少污染，等等。微流體作為微流控技術(shù)操控的對(duì)象，可以廣泛涵蓋血液，尿液，唾液等各種生物樣本，因此在體外診斷(IVD)領(lǐng)域逐步發(fā)展成為面向即時(shí)診斷(POCT)的關(guān)鍵技術(shù)。

數(shù)字微流控芯片是微流控技術(shù)的重要分支，也最具有技術(shù)含量和應(yīng)用前景。其中微流體的控制是基于介質(zhì)上的電潤(rùn)濕(EWOD)原理：當(dāng)電極上存在液體，并給電極施加一個(gè)電位時(shí)，電極對(duì)應(yīng)位置的固液界面的潤(rùn)濕性可以被改變，液滴與電極界面的接觸角隨之發(fā)生變化，如果液滴區(qū)域的電極間存在電位差異，導(dǎo)致接觸角不同時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生橫向的推動(dòng)力，使液滴在電極基板上發(fā)生橫向移動(dòng)。如果我們通過(guò)控制外圍電路，向電極陣列輸入調(diào)制電壓信號(hào)，則可以控制液滴在微流控芯片的二維平面上任意地分布和移動(dòng)。高的陣列像素規(guī)模和高通量地處理生物樣本是緊密相關(guān)的，可以說(shuō)，一個(gè)具有大規(guī)模像素陣列的數(shù)字微流控芯片是實(shí)現(xiàn)片上高通量和自動(dòng)化處理生物樣本的先決條件。然而，目前大多數(shù)傳統(tǒng)的數(shù)字微流控芯片使用的是無(wú)源電極陣列，即每個(gè)像素電極都通過(guò)單獨(dú)的導(dǎo)線與控制電路直接相連。若要大幅度提高像素?cái)?shù)量，則意味著增加龐大的信號(hào)線數(shù)量以及控制電路復(fù)雜程度，這無(wú)疑使陣列的設(shè)計(jì)和制造難度大大提升。較弱的陣列可擴(kuò)展性已經(jīng)成為這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的巨大障礙。

二、微流控芯片3大制作技術(shù)

(1)LIGA技術(shù)

LIGA是德文Lithographie，Galvanoformung，Abformung三個(gè)字的字頭縮寫(xiě)。LIGA技術(shù)是由光刻、電鑄和塑鑄三個(gè)環(huán)節(jié)組成。

LIGA技術(shù)是用紫外光光源來(lái)代替LIGA技術(shù)中的同步輻射X光深層光刻，然后進(jìn)行后續(xù)的微電鑄和微復(fù)制工藝。它不需要同步輻射X光光刻和特制的X光掩膜板，有利于實(shí)現(xiàn)微機(jī)械器件的大批量生產(chǎn)。根據(jù)紫外光深層光刻的工藝路線的不同，準(zhǔn)LIGA技術(shù)又可分為多層光刻—LIGA、硅模深刻蝕—LIGA和SU-8深層光刻—LIGA三類(lèi)。

(2)激光燒蝕法

激光燒蝕法是一種非接觸式的微細(xì)加工技術(shù)。它可直接根據(jù)計(jì)算機(jī)CAD的數(shù)據(jù)在金屬、塑料、陶瓷等材料上加工復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)，已應(yīng)用于微模和微通道的加工。 這種方法對(duì)技術(shù)設(shè)備要求較高，步驟簡(jiǎn)便，而且不需超凈環(huán)境，精度高。但由于紫外激光能量大，有一定的危險(xiǎn)，需在標(biāo)準(zhǔn)激光實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作，使用安全保護(hù)裝備和防護(hù)眼鏡。

(3)軟光刻

軟光刻(soft lithography)是相對(duì)于微制造領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位的光刻而言的微圖形轉(zhuǎn)移和微制造的新方法，以自組裝單分子層、彈性印章和高聚物模塑技術(shù)為基礎(chǔ)的微細(xì)加工新技術(shù)。它能制造復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)及不規(guī)則曲面;能應(yīng)用于生物高分子、膠體、玻璃、陶瓷等多種材料;沒(méi)有相關(guān)散射帶來(lái)的精度限制，可以達(dá)到30 nm ~ 1 μm級(jí)的微小尺寸; 因此軟光刻是一種便宜、方便，適于實(shí)驗(yàn)室使用的技術(shù)。

軟光刻技術(shù)的核心是彈性模印章，可通過(guò)光刻蝕和模塑的方法制得。PDMS是軟光刻中最常用的彈性模印章。軟光刻的關(guān)鍵技術(shù)主要包括微接觸印刷、再鑄模、微傳遞成模、毛細(xì)管成模、溶劑輔助成模等。

軟光刻技術(shù)還存在著一些缺陷，如PDMS固化后有1%的收縮變形，而且在甲苯和乙烷的作用下，深寬比將出現(xiàn)一定的膨脹;PDMS的彈性和熱膨脹性使其很難獲得高的準(zhǔn)確性，也使軟光刻在多層面的微加工中受到限制;由于彈性模太軟，無(wú)法獲得大的深寬比，太大或太小的寬深比都將導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)的變形或扭曲。

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