高聚物材料加工工藝:是以高聚物材料為基片加工微流控芯片的方法主要有:模塑法、熱壓法、LIGA技術(shù)、激光刻蝕法和軟光刻等。模塑法是先利用半導(dǎo)體/MEMS光刻和蝕刻的方法制作出通道部分突起的陽模,然后在陽模上澆注液體的高分子材料,將固化后的高分子材料與陽模剝離后就得到了具有微結(jié)構(gòu)的基片,之后與蓋片(多為玻璃)封接后就制得高聚物微流控芯片。這一方法簡(jiǎn)單易行,不需要高技術(shù)設(shè)備,是大量生產(chǎn)廉價(jià)芯片的方法。熱壓法也需要事先獲得適當(dāng)?shù)年柲?。完?PDMS 芯片產(chǎn)線覆蓋來料加工、生產(chǎn)、質(zhì)檢,支持高標(biāo)準(zhǔn)批量交付。采用MEMS加工的微流控芯片圖片
微米級(jí)尺度微流控芯片的精密加工與應(yīng)用:在0.5-5μm微米級(jí)尺度微流控芯片加工領(lǐng)域,公司依托MEMS光刻、深硅刻蝕及納米壓印等技術(shù),實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)精度的微流道、微孔陣列及三維結(jié)構(gòu)制造。電鏡下可見的精細(xì)流道網(wǎng)絡(luò),其寬度誤差可控制在±50nm以內(nèi),適用于單分子檢測(cè)、液滴生成等超高精度場(chǎng)景。例如,在單分子免疫檢測(cè)芯片中,微米級(jí)微孔陣列可實(shí)現(xiàn)單個(gè)生物分子的捕獲與熒光信號(hào)放大,檢測(cè)靈敏度較傳統(tǒng)方法提升10倍以上。該尺度芯片的加工難點(diǎn)在于材料刻蝕均勻性與表面粗糙度控制,公司通過干濕結(jié)合刻蝕工藝與表面化學(xué)修飾技術(shù),解決了高深寬比結(jié)構(gòu)(如10:1以上)的加工瓶頸,成功應(yīng)用于外泌體分選、循環(huán)腫瘤細(xì)胞捕獲等前沿生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,為精細(xì)醫(yī)療提供器件支撐。青海微流控芯片原料單分子級(jí) PDMS 芯片產(chǎn)線通過超凈加工,提升檢測(cè)靈敏度至單分子級(jí)別。
安捷倫已有一些儀器使用趨向于具有更多可用性方面的經(jīng)驗(yàn),并將這些經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到了微流體技術(shù)開發(fā)上。微流體和生物傳感器的項(xiàng)目經(jīng)理Kevin Killeen博士在接受采訪時(shí)說,安捷倫的目標(biāo)是為終端使用者解除負(fù)擔(dān),“由適宜的儀器產(chǎn)品組裝成的系統(tǒng)可以讓非專業(yè)人士操縱專業(yè)設(shè)備”。微流體技術(shù)也需要適時(shí)表現(xiàn)出其自身的實(shí)用性和可靠性,例如,納米級(jí)電噴霧質(zhì)譜分析(nano-electrospray MS)不必考慮其頂端的閉合及邊帶的加寬,Killeen補(bǔ)充道:“對(duì)于生物學(xué)家來說,微流控技術(shù)的價(jià)值就在于此。”
微流控芯片在石英和玻璃的加工中,常常利用不同化學(xué)方法對(duì)其表面改性,然后可以使用光刻和蝕刻技術(shù)將微通道等微結(jié)構(gòu)加工在上面。玻璃材料的加工步驟與硅材料加工稍有差異,主要步驟有:1)在玻璃基片表面鍍一層 Cr,再用甩膠機(jī)均勻的覆蓋一層光刻膠;2)利用光刻掩模遮擋,用紫外光照射,光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng);3)用顯影法去掉已曝光的光膠,用化學(xué)腐蝕的方法在鉻層上腐蝕出與掩模上平面二維圖形一致的圖案;4)用適當(dāng)?shù)目涛g劑在基片上刻蝕通道;5)刻蝕結(jié)束后,除去光刻膠,打孔后和玻璃蓋片鍵合。標(biāo)準(zhǔn)光刻和濕法刻蝕需要昂貴的儀器和超凈的工作環(huán)境,無法實(shí)現(xiàn)快速批量生產(chǎn)。微米級(jí)微流控芯片通過電鏡觀測(cè)確保結(jié)構(gòu)精度,適用于液滴分散與單分子分析。
心臟組織微流控芯片(HoC)是一種先進(jìn)的OoC,它模仿了服用劑型或特定藥物分子后人類心臟的整體生理學(xué)。使用該芯片已經(jīng)觀察到一些不良反應(yīng)。Mathur等人在2015年證明了動(dòng)物試驗(yàn)不足以估計(jì)測(cè)試藥物分子相對(duì)于人體的確切藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)。為此,微流控芯片技術(shù)在心血管疾病研究,心血管相關(guān)藥物開發(fā),心臟毒性分析以及心臟組織再生研究中起著至關(guān)重要的作用。Sidorov等人于2016年創(chuàng)建了一個(gè)I-wired HoC。他們檢測(cè)到心肌收縮,這是通過倒置光學(xué)顯微鏡測(cè)量的。此外,工程化的3D心臟組織構(gòu)建體(ECTC)現(xiàn)在能夠在正常和患病條件下復(fù)制心臟組織的復(fù)雜生理學(xué)。圖1C顯示了心臟組織微流控芯片的示意圖,其中上層由心臟上皮細(xì)胞組成,下層由心臟內(nèi)皮細(xì)胞組成。兩層都被多孔膜隔開。它還包括有助于抽血的真空室。微流控技術(shù)能夠把樣本檢測(cè)整個(gè)過程集中在幾厘米的芯片上。寧夏微流控芯片共同合作
梯度涂層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微流控芯片內(nèi)細(xì)胞定向遷移,用于一些研究。采用MEMS加工的微流控芯片圖片
微流控芯片的未來發(fā)展與公司技術(shù)儲(chǔ)備:面對(duì)微流控技術(shù)向集成化、智能化發(fā)展的趨勢(shì),公司持續(xù)投入三維多層流道加工、芯片與微納傳感器/執(zhí)行器的異質(zhì)集成,以及生物相容性材料創(chuàng)新。在技術(shù)儲(chǔ)備方面,已突破10μm以下尺度的納米流道加工(結(jié)合電子束光刻與納米壓印),為單分子DNA測(cè)序芯片奠定基礎(chǔ);開發(fā)了基于形狀記憶合金的微閥驅(qū)動(dòng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)流體的主動(dòng)控制;儲(chǔ)備了可降解聚合物(如聚乳酸-羥基乙酸共聚物,PLGA)微流控芯片工藝,適用于體內(nèi)植入式檢測(cè)設(shè)備。未來,公司將聚焦“芯片實(shí)驗(yàn)室”全集成解決方案,推動(dòng)微流控技術(shù)在個(gè)性化醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全等領(lǐng)域的深度應(yīng)用,通過持續(xù)創(chuàng)新保持在微納加工與生物傳感芯片領(lǐng)域的技術(shù)地位。采用MEMS加工的微流控芯片圖片