微流控科普 | 高性能微流控芯片重在选材

微流控芯片

微流控技术又称芯片实验室（Lab-on-a-chip），它可以将传统生化实验室里涉及到的基本操作单元集成在一块微小的芯片上。2003年，微流控芯片被列为“改变世界的十大技术”之一和“影响人类未来15项最重要发明”之一，是当前生化分析领域的研究热点，在分析化学、生命科学、临床医学等领域得到了广泛应用。

微流控芯片的分析检测性能很大程度上取决于芯片中微通道的成型质量，这与微流控芯片的选材密切相关。

微流控的芯片材料

传统微流控芯片加工材料一般采用硅、玻璃和石英，加工成本高、工艺过程复杂、生产效率低，难以实现大批量生产，而聚合物具有价格低廉、加工方法众多等特点，可大大提高微流控芯片的生产效率。

聚二甲基硅氧烷PDMS

优点：光学频率覆盖240~1100 nm波长；生物相容性好，不对微流控芯片反应腔体内的化学或生物反应产生抑制或其他作用。

缺点：成本相比塑料片较高；量产工艺较难；表面容易粘灰尘。

硅材料微流控芯片

优点：化学惰性；加工精度高，成熟的硅片光刻和刻蚀工艺；阳极键合的稳定密封性；深宽比可达100。

缺点：不透光；易碎；成本相对高；表面化学行为相对复杂。

玻璃石英芯片

优点：紫外光透射率高；表面性质好；硬度大。

缺点：熔点高；低温粘结键合；需要HF和硝酸一定配比的刻蚀液。

热塑性聚合物芯片

优点：成型方式多样；键合难度低；量产工艺成熟；量产成本低。

缺点：热导率低；紫外光透光率不及玻璃和石英。

纸芯片

优点：生物兼容性好；成本低；加工简易；携带方便；生物回收处理方式环保……

缺点：吸水性控制难度大；加工精度相对低；检测灵敏度低；无法定量……

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

微流控芯片选材聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate)，简称PMMA，是一种高分子聚合物，热塑性聚合物芯片的一种，又称作亚克力或有机玻璃，是平常经常使用的玻璃替代材料。

PMMA机械强度高，其相对分子质量M约为200万，是一种长链高分子聚合物，且形成的分子链很柔软，因此PMMA抗拉伸和抗冲击的能力较普通玻璃高7~18倍，所制备出的微流控芯片韧度好，不易损坏。

同时，PMMA是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92%，在提高微流控检测灵敏度方面有很大优势。

此外，PMMA还具有密度低、质轻、价廉、绝缘、耐热性好、易加工、适合批量化生产等优势，目前正在成为聚合物微流控芯片加工研究的焦点。

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