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专利名称：全集成电化学检测微流控芯片及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全集成电化学检测微流控芯片及制作方法，属于分析化学领域。
背景技术：
目前制作微流控芯片材料已经从硅片发展到石英、玻璃、高分子材料。在传统的光刻和蚀刻的基础上发展了模塑法、热压法、激光烧蚀法、LIGA技术和软光刻等方法，但这些方法一般都需要专门的设备，制作复杂，成本高；微流控芯片的检测系统主要有光检测、电化学检测，但由于光检测系统本身体积的庞大，要实现全集成比较困难，而且检测系统的成本高，极大地限制了微流控芯片在一般实验室的使用。

发明内容
本发明提出了一种超低成本、快速、简单、可根据实验目的任意设计芯片构型的全集成电化学检测微流控芯片及其制作方法。
全集成电化学检测微流控芯片，由相同的微流控芯片管道、电极、缓冲溶液池打印图形的透明塑料基片和盖片构成；在盖片相应缓冲溶液池或称缓冲池相应位置打孔，在基片电极位置印刷导电电极；盖片和基片的图形相互重叠层合，芯片微管道是矩形管道，四壁构成为上下两壁为透明基片和盖片材料，两侧壁为打印墨材料，并对所述层合的盖片和基片用封塑胶片封塑，封塑胶片亦在相应缓冲池位置打孔，得到全集成电化学检测微流控芯片。
该微流控芯片的制作方法包括如下步骤(1)利用绘图软件绘制所需电化学检测微流控芯片管道、电极图形，其中形成管道、缓冲溶液池和电极图形部分用白色，其它部分为黑色或彩色；(2)用打印机将设计的管道、电极图形转移到透明胶片上，得到基片；(3)打印另一相同映像的透明胶片，并在相应缓冲溶液池相应位置打孔，作为盖片；(4)在上述基片电极位置印刷导电电极；(5)将盖片和基片的图形相互重叠，在一定温度和压力下进行层合。(6)再用封塑胶片封塑，亦在相应缓冲池位置打孔，得到全集成电化学检测微流控芯片。
本发明利用绘图软件根据所需任意设计管道图形，如十字通道为例，其管道相应的尺寸和电极图形均按要求设计，采用的绘图软件如Adobe Illustrator、CorelDraw软件等，其中形成管道、缓冲溶液池和电极图形部分用白色(无打印墨粉)，其它部分为黑色或彩色(打印墨粉或墨水)。
本发明的特点是由上述方案可知，本发明所述的电化学全集成微流控芯片是利用打印机将绘图软件设计的芯片图形转移到透明胶片上，在基片相应电极位置印刷上电极，再在一定温度和压力下将两片层合到一起，并用封塑胶片封塑层合片；使用的封塑目的制备封塑胶片是芯片不易损坏。从制作方法知，该方法不需要任何模板和任何专用的设备，且制作步骤简单，材料成本极低，任何实验室都可以大规模生产，因此该芯片制作方法极易被推广使用。


图1为本发明的全集成电化学检测单墨层微流控芯片的微加工过程示意2为本发明的全集成电化学检测双墨层微流控芯片的微加工过程示意中1缓冲溶液池口，2分离管道，3电极位置，4墨粉层；基片I、盖片II、、5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11参比银-氯化银电极，13电极；15封塑胶片。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明提供的制作全集成电化学检测微流控芯片的方法主要包括以下六个步骤组成(1)利用画图软件设计图形；(2)用打印机将设计的图形转移到透明胶片，作为基片；(3)在透明胶片(图1没有打印、图2打印了墨粉)相应位置打孔成为缓冲溶液池口作为盖片；(4)在基片相应位置印刷上碳电极和或银-氯化银电极。(5)将盖片和基片在一定温度和压力下封塑层合；(6)再用封塑胶片(在相应缓冲池位置打孔)封塑。
制作全集成电化学检测微流控芯片的方法分全集成电化学检测单墨层微流控芯片、全集成电化学检测双墨层微流控芯片(管道形状以十字通道型芯片为例)。
全集成电化学检测单墨层芯片制作的方法可按如下步骤进行利用打印机将设计的十字管道形状和电极形状转移到透明打印胶片上，作为基片I(1缓冲溶液池口，2分离管道，3电极位置，4墨粉层)；并利用打孔器在透明胶片(无墨粉层)相应缓冲溶液池口位置打孔作为盖片II(1缓冲溶液池口)；在基片相应位置印刷上电极(5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11参比银-氯化银电极，13电极；工作电极在分离电压负极端后50～100μm)；再在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)，将基片和盖片中的图形相互重叠层合到一起(1缓冲溶液池口，2分离管道，5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11银-氯化银参比电极，13电极，14层合后的单墨层)；再用封塑胶片(在相应缓冲池位置打孔，并留出相应电极位置)封塑，即得到全集成电化学检测单墨层微流控芯片(1缓冲溶液池口，2分离管道，5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11银-氯化银参比电极，15封塑胶片)。
全集成电化学检测双墨层微流控芯片制作的方法可按如下步骤进行利用打印机将设计的十字管道形状和电极形状转移到透明打印胶片上为基片I(1缓冲溶液池口，2分离管道，3电极位置，4墨粉层)；并利用打孔器在透明胶片(为基片的镜像图，无电极位置)相应缓冲溶液池口位置打孔作为盖片II(1缓冲溶液池口)；在基片相应位置印刷上电极(5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11参比银-氯化银电极，13电极；工作电极在分离电压负极端后50～100μm)；再在一定温度和压力下(可利用封塑机、熨斗等)，将基片和盖片中的图形相互重叠层合到一起(1缓冲溶液池口，2分离管道，5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11银-氯化银参比电极，13电极，14层合后的双墨层)；再用封塑胶片(在相应缓冲池位置打孔，并留出相应电极位置)封塑，即得到全集成电化学双墨层微流控芯片(1缓冲溶液池口，2分离管道，5分离电压的正极，6分离电压的负极，7进样电压的正极，8进样电压的负极，9工作电极，10辅助电极，11银-氯化银参比电极，15封塑胶片)。
对于对称图形，盖片透明胶片可为与基片相同的图形(与镜像图形相同)，否则为镜像图形。
在基片相应位置印刷上碳电极和或银-氯化银电极的方法典型的是丝网印刷，导电材料是碳电极和或银-氯化银浆料，在盖片上印刷上碳电极和或银-氯化银电极亦没有超出本发明的范围。本产品在使用时将相应导线连接相应电极，样品和缓冲液以标准配比从缓冲溶液池口注入即可以开始检测。
工作电极和辅助电极材料为丝网印刷碳，银-氯化银参比电极材料为丝网印刷银-氯化银。
本发明产品的使用方法高压电源的分离和进样端应分别用导线连接芯片相应的分离和进样正负极；电化学分析仪的三电极分别用导线连接芯片相应的工作、参比和辅助电极；以标准配比的样品和缓冲液分别注入到芯片相应的缓冲池；依次施加进样和分离电压；用电化学分析仪记录检测信号。
盖片透明胶片与基片相应位置设有打印芯片微管道形状，构成二维单或双墨层打印封塑微流控芯片。利用封塑胶片封塑。所述封塑胶片为PET(聚对苯二甲酸乙二酯)/PE.(聚乙烯)复合材料，一般厚60-100μm，如80μm。
权利要求
1.全集成电化学检测微流控芯片，其特征是设有相同的微流控芯片管道、电极、缓冲溶液池打印图形的透明塑料基片和盖片；在盖片相应缓冲溶液池相应位置打孔，在基片相应位置印刷导电电极；盖片和基片的图形相互重叠层合，芯片微管道是矩形管道，四壁构成为上下两壁为透明基片和盖片材料，两侧壁为打印墨材料，并对所述层合的盖片和基片用封塑胶片封塑，封塑胶片亦在相应缓冲溶液池口位置打孔，得到全集成电化学检测微流控芯片。
2.全集成电化学检测微流控芯片，其特征是盖片透明胶片与基片相应位置打印芯片微管道形状。
3.根据权利要求1所述的全集成电化学检测微流控芯片，其特征在于工作电极和辅助电极为碳电极分离电压的负极(6)，进样电压的正极(7)，进样电压的负极(8)，工作电极，辅助电极(10)，参比银-氯化银电极(11)；丝网印刷碳，银-氯化银参比电极材料为银-氯化银电极。
4.根据权利要求3所述的全集成电化学检测微流控芯片，其特征在于所述工作电极在分离电压负极端后50～100μm。
5.根据权利要求1所述全集成电化学检测微流控芯片，其特征在于利用封塑胶片封塑。
6.根据权利要求5所述全集成电化学检测微流控芯片，其特征在于利用封塑胶片为PET聚对苯二甲酸乙二酯/PE.聚乙烯，60-100μm厚。
7.全集成电化学检测微流控芯片的制作方法，其特征是包括如下步骤(1)利用绘图软件绘制所需电化学检测微流控芯片管道、电极图形，其中形成管道、缓冲溶液池和电极图形部分用白色，其它部分为黑色或彩色；(2)用打印机将设计的管道、电极图形转移到透明胶片上，得到基片；(3)打印另一相同映像透明胶片，并在相应缓冲溶液池相应位置打孔，作为盖片；(4)在上述基片相应位置印刷导电电极；(5)将盖片和基片的图形相互重叠，在一定温度和压力下进行层合。(6)用封塑胶片封塑，亦在相应缓冲池位置打孔，得到全集成电化学检测微流控芯片。
8.根据权利要求7所述全集成电化学检测微流控芯片的制作方法，其特征是印刷上碳电极和或银-氯化银电极的方法是丝网印刷。
9.根据权利要求7所述全集成电化学检测微流控芯片的制作方法，其特征是盖片透明胶片与基片相应位置印刷上电极。
全文摘要
全集成电化学检测微流控芯片，设有相同的微流控芯片管道、电极、缓冲溶液池打印图形的透明塑料基片和盖片；在盖片相应缓冲溶液池相应位置打孔，在基片相应位置印刷导电电极；盖片和基片的图形相互重叠层合，芯片微管道是矩形管道，四壁构成为上下两壁为透明基片和盖片材料，两侧壁为打印墨材料，并对所述层合的盖片和基片用封塑胶片封塑，封塑胶片亦在相应缓冲溶液池口位置打孔，得到全集成电化学检测微流控芯片。制备上述芯片的方法不需要任何模板和任何专用的设备，且制作步骤简单，材料成本极低，任何实验室都可以大规模生产，因此该芯片制作方法极易被推广使用。
文档编号G01N27/403GK1595134SQ20041004117
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月5日 优先权日2004年7月5日
发明者夏兴华, 刘爱林, 何凤云 申请人:南京大学