一种微流控芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，具体而言，涉及一种微流控芯片及其制造方法。

背景技术

为解决海洋灾害性问题，找到灾害性生物(水母、海藻)爆发性增殖的原因，对灾害性生物的培养与观察是及其必要的，传统的实验室方法是将水母或海藻放在静态的培养箱中进行培养，但不能实时控制培养环境及观测记录，亟需更精准且控制性高的培养方法。

近年来微流控芯片在生物化学领域应用愈发广泛，包括样品制备、基因分析、细胞培养与分析等，现在，利用微流控芯片进行细胞培养与分析已经扩展至微型生物体的培养与分析。但微型生物体的培养和细胞培养有所差异，例如生物体外形尺寸比细胞大，需要足够的生存空间，需要及时输送营养液或定期喂食，以及及时更换实验海水以将生物体的释放的废物排出去，同时需要为显微镜提供观测路径。所以针对水母、藻类等海洋微生物的微流控芯片设计尤为重要。

发明内容

因此，本发明的目的是针对上述问题，提供一种针对水母、藻类等海洋微生物的微流控芯片，用于培养和观测微型海洋灾害性生物(如水母、藻类)。

根据本公开的第一方面，提供了一种微流控芯片，包括：基板；盖板，其配置于基板上并与该基板之间形成空腔；导入管和导出管，导入管和导出管均与空腔连通，导入管用于将外部水源导入空腔内，导出管用于将空腔内的液体导出；喂食口，其配置于盖板上，喂食口可以在打开或密封状态之间切换。

本公开的基板与盖板之间封接并形成一空腔，该空腔内用于放置待培养或观察的微型海洋生物，如水母或藻类。接入导入管和导出管可以实现通过导入或导出实验用的海水，对微型海洋生物所处的环境参数(盐度、PH值、溶氧量等)进行实时调控。为方便向空腔内的微型海洋生物喂食以及进行显微观测开设了喂食口，用于补充营养物质和观测生物体的生存状态，为降低微流控芯片之外的环境影响，将喂食口配置为具有密封措施，在其关闭时可以时空腔内处于密封状态。

在一些可能的实现方式中，基板上的盖板数量至少为一个。为了方便同时观察，在同一基板上配置多个培养用的腔室，可实现多腔室同时观测并进行对比。

在一些可能的实现方式中，导入管和导出管分别通过一对钢针与空腔连通，其中一个钢针的一端与空腔连通、另一端与导入管连通，另一个钢针的一端与空腔连通、另一端与导出管连通。

在一些可能的实现方式中，一对钢针均为L型。

在一些可能的实现方式中，喂食口水平开设于盖板的顶部且被配置为圆形。为了便于显微镜观察，喂食口优选地设置在盖板顶部，且将喂食口的轮廓设置为圆形。

在一些可能的实现方式中，还包括密封塞，其配置于喂食口处，用于开启或密封该喂食口。

在一些可能的实现方式中，盖板与密封塞的材质为聚二甲基硅氧烷。由于聚二甲基硅氧烷材料本身具有弹性，因此使用聚二甲基硅氧烷作为盖板与密封塞的材料可以起到良好的密封效果。

在一些可能的实现方式中，空腔的水平长度和宽度至少为8毫米，空腔的竖直高度至少为2毫米。空腔应当具有一定的空间规模，足以支持微型海洋生物的生存，空腔的水平长度和宽度至少为8毫米，空腔的竖直高度至少为2毫米为优选地配置。但空腔的体积也不宜过大，否则将会为显微镜的观测带来困难。

在一些可能的实现方式中，导入管和导出管的直径为0.5～0.7毫米。

根据本公开的第二方面，提供了一种微流控芯片的制造方法，该方法包括：

将PDMS原液与固化剂以10:1的质量比混合均匀后抽真空处理，再将得到的混合液浇注在模具上，放进干燥箱内80℃固化2h后脱模得到盖板；

用打孔器在盖板上开设导入口、导出口和喂食口；

将盖板与基板进行超声波清洗除去表面灰尘及污渍，放入等离子清洗机进行等离子体轰击1min后将盖板与基板立即对合，即得所述微流控芯片。

使用离子清洗机进行等离子体轰击可使清洗对象表面产生硅羟基，将盖板与基板对合后表面的硅羟基会发生缩聚反应，从而实现不可逆的封接。

本公开与传统培养方法相比，可为生物体的研究提供同平台多腔室观测，并可通过实验海水的输入输出实时调控生物体所处的环境参数(盐度、PH值、溶氧量等)，可通过开喂食口的方式为生物体喂食，利用显微观测系统可实时的观测生物体的生存状态，通过控制变量法得到影响生物体生存的因素。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本公开的一个实施例的微流控芯片的纵向截面图；

图2为本公开的一个实施例的微流控芯片的俯视图；

图3为本公开的一个实施例制造盖板的模具的纵向截面图；

图4为本公开的一个实施例制造盖板的模具的俯视图；

图5本公开的一个实施例制造盖板的模具的立体图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例提供了一种微流控芯片，包括：基板；盖板，其配置于基板上并与该基板之间形成空腔；导入管和导出管，导入管和导出管均与空腔连通，导入管用于将外部水源导入空腔内，导出管用于将空腔内的液体导出；喂食口，其配置于盖板上，喂食口可以在打开或密封状态之间切换。

实施例的基板与盖板之间封接并形成一空腔，该空腔内用于放置待培养或观察的微型海洋生物，如水母或藻类。接入导入管和导出管可以实现通过导入或导出实验用的海水，对微型海洋生物所处的环境参数(盐度、PH值、溶氧量等)进行实时调控。为方便将微型海洋生物移动至空腔内并向空腔内的微型海洋生物喂食，开设了喂食口，用于补充营养物质。通过玻璃基片为显微镜提供观测路径，用于观测生物体的生存状态。为降低微流控芯片之外的环境影响，将喂食口配置为具有密封措施，在其关闭时可以使空腔内处于密封状态。

在一些实施例中，基板上的盖板数量至少为一个。为了方便同时观察，在同一基板上配置多个培养用的腔室，可实现多腔室同时观测并进行对比。

在一些实施例中，导入管和导出管分别通过一对钢针与空腔连通，其中一个钢针的一端与空腔连通、另一端与导入管连通，另一个钢针的一端与空腔连通、另一端与导出管连通。

在一些实施例中，一对钢针均为L型。

在一些实施例中，喂食口水平开设于盖板的顶部且被配置为圆形。为了便于显微镜观察，喂食口优选地设置在盖板顶部，且将喂食口的轮廓设置为圆形。

在一些实施例中，还包括密封塞，其配置于喂食口处，用于开启或密封该喂食口。

在一些实施例中，盖板与密封塞的材质为聚二甲基硅氧烷。由于聚二甲基硅氧烷材料本身具有弹性，因此使用聚二甲基硅氧烷作为盖板与密封塞的材料可以起到良好的密封效果。

在一些实施例中，空腔的水平长度和宽度至少为8毫米，空腔的竖直高度至少为2毫米。空腔应当具有一定的空间规模，足以支持微型海洋生物的生存，空腔的水平长度和宽度至少为8毫米，空腔的竖直高度至少为2毫米为优选地配置。但空腔的体积也不宜过大，否则将会为显微镜的观测带来困难。

在一些实施例中，导入管和导出管的直径为0.5～0.7毫米。

实施例与传统培养方法相比，可为生物体的研究提供同平台多腔室观测，并可通过实验海水的输入输出实时调控生物体所处的环境参数(盐度、PH值、溶氧量等)，可通过开喂食口的方式为生物体喂食，利用显微观测系统可实时的观测生物体的生存状态，通过控制变量法得到影响生物体生存的因素。

如图1～2所示，本实施例包括基板1、盖板2、导入管3，进口L型钢针4，出口L型钢针5，导出管6，喂食口7。

基板1为透明的玻璃基板1，盖板2为PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料，基板1和盖板2相互封接，所形成的微流控芯片的截面呈“回”字形，PDMS盖片与玻璃基片之间即为空腔，用于放置待培养或观察的微型海洋生物，如水母或藻类。该空腔应保证高度在2mm以上，长度和宽度保证8mm以上，但腔室体积不宜过大，否则将会为显微镜的观测带来困难。

在微流控芯片的上方开设有用于实验海水进出的入口和出口，其直径一般为0.5mm～0.7mm，导入管3的一端与外部水源连通、另一端与进口L型钢针4的一端连通，进口L型钢针4外径大于导入管3的内径，将导入管3套于进口L型钢针4的外部，由于导入管3自身具有一定的弹性，因此与进口L型钢针4配合紧密，将进口L型钢针4的另一端插入空腔中。导出管6的一端通向外部、另一端与出口L型钢针5的一端连通，出口L型钢针5也外径大于导出管6的内径，导出管3与出口L型钢针5也配合紧密，出口L型钢针5的另一端也插入空腔中。喂食口7开设在盖板2的顶部，形状为圆形，喂食口7的直径一般为2mm～3mm，相应地，密封塞的也配置为呈圆柱形，且密封塞的底面直径比喂食口直径大0.5mm～1mm，密封塞的材料与盖片2的材料相同，可以通过PDMS本身具有的弹性实现密封。

当需要对空腔内的微型海洋生物进行生物微环境调控或更新时，对微流控芯片通电后，外部的实验海水可以按照预设的计划通过导入管3和进口L型钢针4进入空腔中，空腔内既有的实验海水也可以定量地从导出管6和出口L型钢针5连接成的通路中转移出空腔之外，实现对微环境中的环境变量的定量控制。

盖板2由模塑法制作得到，模具采用铝材料通过铸造法得到，模具形状如如图3～5所示。在尺寸适配的前提下，一个基板1可与多个盖片2进行封接，用于在同一平台下同时进行观察，图2～4仅为一种可能的实施方式，盖板2数量可以根据实际情况进行调整。

实施例还提供了一种微流控芯片的制造方法，该方法包括：将PDMS原液与固化剂以10:1的质量比混合均匀后抽真空处理，再将得到的混合液浇注在模具上，放进干燥箱内80℃固化2h后脱模得到盖板；用打孔器在盖板上开设导入口、导出2口和喂食口；将盖板与基板1进行超声波清洗除去表面灰尘及污渍，放入等离子清洗机进行等离子体轰击1min后将盖板2与基板1立即对合，即得所述微流控芯片。使用离子清洗机进行等离子体轰击可使清洗对象表面产生硅羟基，将盖板2与基板1对合后表面的硅羟基会发生缩聚反应，从而实现不可逆的封接。

尽管已经通过优选实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从其中得出其他变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。