微流控芯片的設(shè)計與制備

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，來自鄭州大學(xué)和浙江大學(xué)的研究人員針對磁性微液滴制備不穩(wěn)定問題，通過制備新型微流控芯片，以聚苯乙烯磺酸-四氧化三鐵（PSSA-Fe3O4）為磁性材料，研究微流控芯片不同工藝參數(shù)對制備的磁性微液滴粒徑的影響規(guī)律。相關(guān)研究成果以論文形式發(fā)表于《微納電子技術(shù)》期刊。

微流控芯片的設(shè)計與制備

磁性微液滴是基于微流控技術(shù)制備的，微流道結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計采用L-Edit畫圖軟件完成，設(shè)計的微液滴生成區(qū)域的十字型流道結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖如圖1所示，圖中D1為分散相入口微流道寬度，D2為流體出口微流道寬度，D3為連續(xù)相入口微流道寬度，d為制備的磁性微液滴的粒徑。

圖1 微液滴生成區(qū)域微流道結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

微流控芯片制備工藝所需模具掩模版的制作示意圖如圖2（a）所示。采用雙電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備在石英玻璃表面鍍一層100nm厚的Cr，然后在鍍Cr層的玻璃板上旋涂AZ1500系列4.4cp型正光阻；再用無掩模激光直寫機在光阻表面曝寫出微流道圖案，然后用AZ400K顯影液顯影，再以Cr的刻蝕液刻蝕出微流道圖案；最后，利用丙酮去除表面光阻得到掩模版，掩模版實物如圖2（b）和（c）所示。而后，研究人員通過掩模版制作SU-8模具，如圖3所示。

圖2 掩模版的制備流程圖及實物圖

圖3 微流控芯片的制備流程及實物圖

流速、芯片尺寸以及表面活性劑質(zhì)量分數(shù)對磁性微液滴粒徑的影響規(guī)律

研究人員詳細探究了微流道結(jié)構(gòu)尺寸、分散相與連續(xù)相流速和表面活性劑質(zhì)量分數(shù)對磁性微液滴粒徑的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)通過控制以上參數(shù)可實現(xiàn)磁性微液滴粒徑的精確可控，并得到以下結(jié)論：

（1）當(dāng)連續(xù)相流速穩(wěn)定在4.5μL/min時，分散相流速從0.5μL/min遞增到3μL/min，所制備的磁性微液滴的粒徑可控制在34~2μm內(nèi)；當(dāng)分散相流速穩(wěn)定在0.2μL/min時，連續(xù)相流速從1.5μL/min遞增到4.5μL/min，所制備的磁性微液滴的粒徑可控制在28~69μm內(nèi)；保持分散相流速不變，在一定范圍內(nèi)連續(xù)相流速越大，磁性微液滴的粒徑越小。

（2）芯片尺寸對磁性微液滴粒徑的影響較大，當(dāng)分散相入口微流道寬度不變，通過減小流體出口微流道寬度，更容易產(chǎn)生粒徑更小的磁性微液滴；當(dāng)流體出口微流道寬度不變，通過減小分散相入口微流道寬度，也可產(chǎn)生粒徑更小的磁性微液滴。

（3）當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分數(shù)從15%增加到35%時，保持分散相流速為0.2μL/min不變，連續(xù)相流速從1.5μL/min遞增到4.5μL/min，所制備的磁性微液滴的粒徑可控制在28~83μm內(nèi)；提高表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)有利于減小磁性微液滴的粒徑。

圖4 （a）連續(xù)相流速為4.5μL/min時分散相流速與磁性微液滴粒徑的關(guān)系；（b）分散相流速為0.2μL/min時連續(xù)相流速與磁性微液滴粒徑的關(guān)系；（c）4組不同芯片尺寸下的磁性微液滴粒徑與連續(xù)相流速關(guān)系；（d）不同質(zhì)量分數(shù)表面活性劑下連續(xù)相流速與磁性微液滴粒徑的關(guān)系。

綜上所述，研究人員對磁性微液滴制備工藝及粒徑因素進行探究，實驗結(jié)果表明磁性微液滴粒徑精確可控，可為磁性微液滴精確操控提供技術(shù)基礎(chǔ)，為細胞等微顆粒的精確分離和篩選提供重要技術(shù)支撐，在醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

論文鏈接：

http://dx.doi.org/10.13250/j.cnki.wndz.2022.07.014

審核編輯 ：李倩