微流控芯片的材料
微流控芯片技術(Microfluidics)是把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上, 自動完成分析全過程。由于它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力,已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。
作為微流控芯片的基本載體,材料對于微流控芯片的構建起著關鍵的作用,不同功能的實現常常需要利用材料的不同特性,如,硬度、導電性能、疏水親水性、透光性、抗腐蝕能力、加工工藝的可行性以及生物相容性等方面的差異,而且針對不同的芯片材料常常需要選擇不同的加工方法。
在微流控芯片中,硅材料的應用十分廣泛,曾作為早期微流控芯片的主要材料,但是,硅材料的電絕緣性不夠好,熱導率達到157W/mK,而且價格較昂貴,透光性差也限制了相關觀測手段的應用。
后來,研究者更多地使用玻璃和石英作為硅材料的替代物在微流控芯片中大量應用。玻璃和石英具有良好的電滲性和透光性,表面的生物兼容性好,加工工藝與硅材料相差無幾。而且,玻璃的種類較多,目前應用廣泛的有派來克斯玻璃、鉻版玻璃、Pyrex7740玻璃等。
高分子聚合物材料種類多,加工成型方便,價格便宜,尤其是高聚物材料有良好的光學性質、化學惰性、電絕緣性和熱性能等,使其在微流控芯片領域的應用具有得天獨厚的優勢。可用于制作微流控芯片的高聚物材料大致可分為三大類:熱塑性聚合物、固化型聚合物和溶劑揮發型聚合物。目前,已有大量的高聚物材料被用于微流控芯片加工中,如聚碳酸酯(polycarbonate,PC),聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmecrylate,PMMA)和聚二甲基硅氧(PDMS)等。
除去上述材料,陶瓷,絕緣體上的硅(silicononinsulator,SOI)和印制電路板(printedcircuitboard,PCB)也常常作為基底用于微流控芯片領域。
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