一种便携式仿生自驱动微流控芯片及其制备方法和应用

本发明涉及一种微流控芯片，具体涉及一种便携式仿生自驱动微流控芯片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、微流控技术能够在数平方厘米的尺度上高度集成多种功能单元，实现化学、生物及医学等领域的实验操作整合，因此被称为“芯片实验室”。微流控技术具有试剂损耗低、高通量、响应速度快等优势，在疾病诊断、细胞培养、环境检测、食品安全等领域有着广泛而重要的应用价值。

2、近几年，通过光刻、表面改性等技术制备出一系列具有良好生物兼容性的聚二甲基硅氧烷（pdms）芯片，具有低成本、高弹性模量、高光学透明度、低缩水率和精确复制微尺度结构等独特优势，成为目前微流控技术的研究热点。但是，现有的pdms微流控芯片技术存在着对流体吸附作用较强、表面微结构易破损和溶胀、液滴流动粘滞力较大、无法实现液相条件下气体的微反应、只能依靠注射泵等复杂外置设备取液等问题。为了克服传统pdms微流控芯片的不足，开发具有优异性能的仿生超润滑界面应用于微流控芯片技术是一个重要发展方向。

3、目前所报道的各类仿生超润滑界面，通过外界刺激响应、图案化化学修饰、重力辅助等方法实现液滴/气泡的融合和微反应，取得了一定的进展，但是有关固态超润滑界面用于便携式液滴/气泡微流控芯片基本没有报道。

4、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种便携式仿生自驱动微流控芯片及其制备方法和应用，解决了现有pdms微流控芯片依赖外置泵提供驱动力、无法在液相条件下实现气泡自驱动的问题，本发明的芯片无需外置动力设备即可实现液滴和气泡的自驱动传输，具有便携化、超低黏附、自清洁、自修复等优势，适用于空气与水下环境的微流控检测。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种便携式仿生自驱动微流控芯片，该微流控芯片包括：具有仿生微流控通道的pdms基材，以及在pdms基材中和表面形成的固态润滑层；所述pdms基材上具有至少一个等腰梯形仿生微通道，流体能够从梯形上底面往下底面单向自驱动运输；所述固态润滑层由质量比为1：2~9的石蜡和硅油组成的固态润滑剂形成，在该配比范围内能够保证润滑剂在室温下呈低粘附的固态，如果只用固态石蜡或者石蜡的用量过大，固态润滑剂的粘附力较大，流体无法自驱动。

3、优选地，所述石蜡和硅油的质量比为1：7~9。

4、优选地，所述硅油的粘度为20~2000 cst；或/和，所述pdms基材由pdms预聚物与固化剂制备而成；或/和，所述等腰梯形仿生微通道的角度为2°~10°，上底长度为1.0~3mm，深度为0.3~2 mm。

5、优选地，所述硅油的粘度为20~100 cst；或/和，所述pdms基材由质量比为9~10：1的pdms预聚物与固化剂制备而成；或/和，所述等腰梯形仿生微通道的角度为2°~3°，上底长度为1.0~1.5 mm，深度为0.7~0.9 mm。

6、本发明的第二目的是提供所述的便携式仿生自驱动微流控芯片的制备方法，该方法包含：

7、在60~80℃温度下，将所述固态润滑剂注入表面具有等腰梯形仿生微通道的pdms基材中热浸渍，浸渍后将微流控芯片垂直放置后取出，在室温条件下水平放置，固化后得到所述便携式仿生自驱动微流控芯片。

8、优选地，所述pdms基材的制备，包含：将pdms预聚物与固化剂混合，置于模具中，脱泡，固化，脱模，得到表面具有等腰梯形仿生微通道的pdms基材。

9、优选地，所述pdms基材的制备中，固化温度为80~100℃，或/和固化时间为2~4 h。

10、优选地，所述热浸渍的时间为2~4 h。

11、本发明的第三目的是提供所述的便携式仿生自驱动微流控芯片在可视化检测中的应用。

12、优选地，所述便携式仿生自驱动微流控芯片对于空气中液滴和水下气泡均具有平面自驱动效果。

13、本发明的便携式仿生自驱动微流控芯片及其制备方法和应用，解决了现有pdms微流控芯片依赖外置泵提供驱动力、无法在液相条件下实现气泡自驱动的问题，具有以下优点：

14、本发明的便携式仿生自驱动微流控芯片对于空气中液滴和水下气泡都具有良好的平面自驱动效果，具有优异的润滑性、疏水性及一定的亲气性，适配自驱动的液滴/气泡体积为3~40 μl。液滴在微流控芯片中的自驱动速度为0.15~1.0 mm/s，气泡在微流控芯片中的自驱动速度为0.07~0.2 mm/s，都可在无外界能量输入下快速在水平面上自驱动运输。通过通道组合设计，可以实现重金属离子例如铅离子等，食品添加剂苯甲酸钠等物质的快速可视化检测。仿生超润滑界面修饰使得微流控芯片具有优异的自清洁与自修复功能，对于常见的灰尘、染料、有机液体都具有超低黏附特性，在热辅助下可进行自修复，可多次循环使用。

1.一种便携式仿生自驱动微流控芯片，其特征在于，该微流控芯片包括：具有仿生微流控通道的pdms基材，以及在pdms基材中和表面形成的固态润滑层；

2.根据权利要求1所述的便携式仿生自驱动微流控芯片，其特征在于，所述石蜡和硅油的质量比为1：7~9。

3.根据权利要求1或2所述的便携式仿生自驱动微流控芯片，其特征在于，所述硅油的粘度为20~2000 cst；

4.根据权利要求3所述的便携式仿生自驱动微流控芯片，其特征在于，所述硅油的粘度为20~100 cst；

5.如权利要求1~4中任意一项所述的便携式仿生自驱动微流控芯片的制备方法，其特征在于，该方法包含：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述pdms基材的制备，包含：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述pdms基材的制备中，固化温度为80~100℃，或/和固化时间为2~4 h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热浸渍的时间为2~4 h。

9.如权利要求1~4中任意一项所述的便携式仿生自驱动微流控芯片在可视化检测中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述便携式仿生自驱动微流控芯片对于空气中液滴和水下气泡均具有平面自驱动效果。