玻璃微通道加工特點
玻璃是和液體有類似性的非晶態固體,玻璃常作為光學器件,玻璃材質得益于其化學耐受性、材質透明方便觀察甚至可以在外圍進行分析。玻璃微通道加工因為化學穩定性和光學性能優異是這杯微流道器件、光催化微反應器的理想材料,廣泛應用于傳統化學、生物領域。由于它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力,已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。
采用玻璃精細加工制備的微流道器件、微反應器具有化學穩定性好無析出、耐腐蝕、容易進行表面疏水疏油等表面特性處理;表面光滑流暢,所需驅動力小;玻璃透過率高,有利于觀察反應的進行
玻璃化學耐受性
玻璃一般對水、鹽溶液、酸、有機物甚至堿都表現優異。氫氟酸、強堿溶液和濃磷酸是僅有的對玻璃明顯有不利因素的化合物(特別是在高溫情況下)。
被潑了材料具有有機溶劑的耐受性、容易金屬沉積、優良的導熱性、表面穩定性、明確的表面化學性質、卓越的耐高壓性、生物相容性、化學惰性、允許高效涂層特點。玻璃微流控芯片不透氣,并且具有相對低的非特異性吸附。因此它與生物樣品相兼容,但是不能用于長期細胞培養。玻璃微流控芯片的一大主要應用是毛細管電泳。這種更便宜的方法對標準毛細管電泳更方便,因為它更容易執行并進行分析,它還可以通過直接利用電滲透流提供無閥注射,在幾分鐘內分離分析物。其他典型應用包括片上反應液滴形成、液滴萃取和原位制造。
玻璃微通道加工包括微通道的刻蝕、芯片切割打孔和芯片鍵合,可實現常用多種玻璃材料的微通道加工和鍵合,即可滿足科研用戶小量多次的科研要求,又可滿足微化工產業化用戶微通道反應器工藝開發和生產的要求。
玻璃微通道特點
玻璃芯片具有透明可視性強,受使用環境影響較小,使用壽命較長,重復利用率高,但是玻璃比較容易磕碰碎裂,應該避免類似人為損壞。
玻璃微流控芯片與陶瓷、硅片、石英等材質相比具有強度高、絕緣性好、透光性高、散熱性高、電滲流強等優點。與有機玻璃或聚合物材料相比具有背景熒光小、通道表面易于修飾、熱變形小、生物兼容性好、親水性好等優點。
常用玻璃材料
光刻結構化特殊類型玻璃(可結構化的光敏玻璃晶圓)中硼硅酸鹽玻璃、高硼硅玻璃、熔融石英玻璃是用來制作微反應器的最重要材料。
鈉鈣玻璃(如:B270):易于加工,刻蝕速度快,刻蝕質量差,相對較低的溫度下粘結,玻璃自發熒光問題。
石英玻璃:紫外線紅外線透明,經常使用溫度為1100-1200℃,短期使用溫度可達1400℃。
玻璃微通道芯片加工優勢
可加工玻璃材質:鈉鈣玻璃(即蘇打玻璃或綠玻璃),高硼硅玻璃(康寧、肖特)和石英玻璃。
微通道加工方式:濕法刻蝕、激光刻蝕和機械加工等。
玻璃微通道濕法腐蝕
鈉鈣玻璃濕法刻蝕:刻蝕深度5-500μm,誤差2%:條件:寬深比>2;
高硼硅玻璃濕法刻蝕:刻蝕深度5-150μm,誤差2%:條件:寬深比>2;
玻璃微通道機械加工(鈉鈣玻璃、高硼硅玻璃、石英等):最大加工尺寸400*350mm,流道最小寬度700μm,深寬比≤3:1;誤差±0.03mm;最小打孔精度0.7mm;
玻璃一般分為鈉鈣、低硼、中硼、高硼。分類主要是從玻璃中三氧化二硼的含量多少來確定的。高硼料中硼含量一般12%以上。玻璃中硼含量的多少決定了玻璃熱膨脹系數的高低。膨脹系數越低,玻璃在收到溫度劇烈變化時承受能力越強。當然其中還有另外的成分對膨脹系數有一定的影響,但是主要還是硼含量決定的。
微通道芯片清洗方法
硬質芯片如玻璃芯片的清洗,如果芯片通道的表面沒有做涂層處理,可以使用NaOH(1mol/L)進行清洗。如果芯片通道的表面做過涂層處理,就不可以使用高濃度的堿溶液或者酸溶液清洗,原因是酸或者堿溶液隨長時間的清洗會腐蝕到通道表面的涂層。此時,可以使用低密度的酸或堿溶液快讀的沖洗芯片通道,然后使用去離子水沖洗殘留的算或者堿溶液,最后,使用(空氣/氧氣/氮氣/氬氣/等)把芯片通道內的液體吹干。
通常情況下,不同液體的清洗順序會在芯片通道的表面留下微弱的殘留痕跡,原因是不同的液體會發生化學反應或不同的液體有不同的密度和粘度,交叉沖洗會遺留某些液體的 殘留痕跡。如果對這些殘留痕跡比較在意,可以先使用與實驗用的試劑沖洗芯片通道,然后使用去離子水沖洗芯片通道,最后使用乙醇或者異丙醇(IPA)溶液沖洗芯片通道。如果有IPA溶液,最好是最后使用IPA沖洗芯片通道,因為IPA發揮性較好,不會在芯片通道的表面留下液體痕跡。
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