原创 微流控分析芯片的材料

用于制作微流控分析芯片的材料有单晶硅、无定形硅、玻璃、石英、金属和有机聚合物，如环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）等。

硅材料

硅与二氧化硅具有良好化学惰性和热稳定性，硅单晶生产工艺成熟，在半导体和集成电路上得到广泛应用。在微电子学发展的过程中，硅的微细加工技术已趋成熟。在硅片上可使用光刻技术高精度地复制二维图形，并可使用制备集成电路的成熟工艺进行加工及批量生产。即使复杂的三维结构，也可以使用整体和表面微加工技术进行高精度的复制。因此，它首先被用于制作微流控分析芯片。

硅材料的缺点是易碎、价格贵、不透光、电绝缘性能不够好、且表面化学行为较复杂。这些缺点限制了它在微流控芯片中的广泛应用。然而，由于它良好的光洁度和成熟的加工工艺，可用于加工微泵、微阀等液流驱动和控制元器件。此外，在用热压法、模塑法制作高分子聚合物芯片时常用它制作相应的模具。

玻璃和石英

玻璃和石英有很好的电渗性质和优良的光学性质，且它们的表面性质，例如湿润能力、表面吸附和表面反应性等，都有利于使用不同的化学方法对其进行表面改性。使用光刻和刻蚀技术可以将微通道网络刻在玻璃和石英上，因此玻璃和石英材料已广泛地应用于制作微流控芯片。

高分子聚合物

高分子材料具有种类多、可供选择的余地大、加工成型方便、价格便宜等优点，非常适合于大批量制作一次性微流控芯片。微流控芯片中常用电场力驱动液流，用光学、电化学和质谱检测器进行分析。不同的高分子材料物理化学性质不同，因此要根据微流控芯片的加工工艺、应用对象和检测方法等因素及高分子聚合物的光电、机械和化学性质，选择适用的聚合物材料，并要特别注意以下诸点：

聚合物材料应有良好的光学性质

能透过可见光与紫外光，入射光不能产生显著的背景信号，例如适用激光荧光法检测时，要注意芯片材料的本底荧光要尽量低，使用高本底荧光的芯片材料会引起信噪比降低和检测下限升高。

聚合物材料应容易被加工

不同的加工方法对聚合物材料的可加工性有不同的要求，例如：用激光刻蚀加工芯片时，聚合物材料应能吸收激光辐射，并在激光照射下降解成气体，热压法加工时要求芯片材料具有热塑性，而模塑法用的高分子材料应具有低粘度，低固化温度，在重量作用下，可充满模具上的微通道和凹槽等处。

在所采用的分析条件下材料应有惰性的

有机聚合物能溶于某种溶剂中，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的微结构在乙腈中会发生溶胀、坍塌甚至堵塞等现象，而它高能渡的甲醇则是惰性的，因此选择聚合物材料时要考虑芯片材质和可能使用的有机溶剂间的相容性。

材料应有良好电绝缘性和热性能

微芯片在分析时如用到电泳分离，材料应有良好电绝缘性以避免被高压击穿，散热性能好的材料有利于焦耳热的散发。随着微通道和微结构的尺寸下降，焦耳热散发能力随之增加，因此有机聚合物的导热能力在微尺度时重要性也降低，芯片中的化学反应需要在高温下进行，就必须考虑芯片材质的耐热性，如PCR扩增用微流控芯片的材质要承受DNA片段变性时所需的95℃高温。

聚合物材料的表面要有合适的修饰改性方法

用于制作微流控分析芯片的高分子聚合物主要有三类：热塑性聚合物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物。热塑性聚合物有聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等；固化型聚合物有聚二甲基硅氧烷（PDMS）、环氧树脂和聚氨酯等，他们与固化剂混合后，经过一段时间固化变硬后得到微流控芯片；溶剂挥发型聚合物有丙烯酸、橡胶和氟塑料等，将他们溶于适当的溶剂后，通过缓慢地挥发去溶剂而得到芯片。根据基片有无弹性，又可分为钢性材料和弹性材料两类。钢性材料有环氧树脂、聚脲、聚氨酯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等；弹性材料有聚二甲基硅氧烷。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）也称硅酮弹性体或者硅橡胶，它具有以下特点：

1）能可逆和重复变形而不发生永久性破坏;

2）能用模塑法高保真地复制微流控芯片;

3）能透过 300 nm 以上的紫外和可见光;

4）耐用且有一定的化学惰性:

5）无毒,价廉.

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