離心力驅(qū)動微流控芯片以其設(shè)備簡單,制作成本低,集成度高等優(yōu)勢在醫(yī)療診斷、食品衛(wèi)生、化工生產(chǎn)及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,正在成為工業(yè)界和學術(shù)界的研究熱點。可以預見,更為簡單、快速、高精度的離心力驅(qū)動芯片的加工方法以及與旋轉(zhuǎn)的芯片相匹配的試樣引入和檢測系統(tǒng),對于促進技術(shù)普及化,儀器商品化具有重要意義。

與普通的微流控芯片不同,離心式芯片在結(jié)構(gòu)上具有以下典型特點:首先,芯片多為圓形結(jié)構(gòu),其大小與生活中使用的CD相當,芯片可集成數(shù)十到上百個由圓盤中心向外圍呈輻射分布重復的結(jié)構(gòu)單元。通常在每個結(jié)構(gòu)單元的外圍會設(shè)計一些氣路通道,以確保芯片在旋轉(zhuǎn)時各通道內(nèi)氣壓的平衡；其次,每個結(jié)構(gòu)單元由于應(yīng)用體系要求不同在構(gòu)型設(shè)計上也有差異,但它們有一個共同的特點那就是通過通道的內(nèi)徑突變來實現(xiàn)微閥的作用。

離心式微流控芯片的加工方法

由于離心式微流控芯片是利用芯片材質(zhì)的憎水表面在通道內(nèi)徑突變處產(chǎn)生毛細阻力實現(xiàn)對液流的控制,所以此類微泵芯片通常都是采用高聚物材料加工制作，常用的有聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。

陽模的加工

SU-8光刻膠在光刻、曝光、顯影后可得到高深寬比的微結(jié)構(gòu),可直接用于微流控芯片陽模的制作。SU-8光刻膠陽模具有工序簡單、加工成本低等優(yōu)點,可高效的應(yīng)用于固化型和溶劑揮發(fā)型高聚物材料的小批量低壓澆注成型,但它所具有的低機械強度和熱應(yīng)力,使其很難用于高壓下才能進行的熱壓和注塑成型。

金屬由于其高的機械強度和熱應(yīng)力是塑料芯片加工的一種非常理想的模具材料。Lee等分別在硅和鎳材料基片上制作了鎳金屬陽模,并從脫模的難易和加工程序簡單程度的角度對這兩種方法進行比較。雖然電鑄技術(shù)得到的鎳基陽模具有表面粗糙度小(<10nmRMS)[4]、精度高及堅固耐用等優(yōu)點,但由于電鑄過程緩慢、電力線存在一定的彎曲,使鎳的生長速度不均一,陽模容易彎曲等問題會對芯片的加工質(zhì)量有一定的影響。

單晶硅以其成熟的微加工技術(shù)、較高的硬度和導熱性,已被廣泛應(yīng)用于高聚物微流控芯片陽模的制作。雖然用硅陽模可以很方便的實現(xiàn)芯片的小批量復制,但由于硅很脆,在進行高壓成型時通常要在陽模下鍵合一塊5mm厚的玻璃片,以增加硅片陽模的機械強度。

芯片的封裝

加工后的微通道是敞開的,為了使通道形成毛細管,通常需要將另一塊高聚物或玻璃作為蓋片與該基片封合。

離心力驅(qū)動微泵具有設(shè)備簡單、流體無脈動、可驅(qū)動流體不受限制等優(yōu)勢,此外,由于其動力是施加于芯片上的所有液流,單一電機可同時為芯片上所有(數(shù)十到數(shù)百個)結(jié)構(gòu)單元提供驅(qū)動力,這對于進行微流控芯片的高通量分析有著很重要的意義,已廣泛應(yīng)用于生物[27]及化學分析等領(lǐng)域。