微流控芯片的设计与制备

据麦姆斯咨询报道，近期，来自郑州大学和浙江大学的研究人员针对磁性微液滴制备不稳定问题，通过制备新型微流控芯片，以聚苯乙烯磺酸-四氧化三铁（PSSA-Fe3O4）为磁性材料，研究微流控芯片不同工艺参数对制备的磁性微液滴粒径的影响规律。相关研究成果以论文形式发表于《微纳电子技术》期刊。

微流控芯片的设计与制备

磁性微液滴是基于微流控技术制备的，微流道结构尺寸设计采用L-Edit画图软件完成，设计的微液滴生成区域的十字型流道结构及尺寸示意图如图1所示，图中D1为分散相入口微流道宽度，D2为流体出口微流道宽度，D3为连续相入口微流道宽度，d为制备的磁性微液滴的粒径。

图1 微液滴生成区域微流道结构设计示意图

微流控芯片制备工艺所需模具掩模版的制作示意图如图2（a）所示。采用双电子束蒸发镀膜设备在石英玻璃表面镀一层100nm厚的Cr，然后在镀Cr层的玻璃板上旋涂AZ1500系列4.4cp型正光阻；再用无掩模激光直写机在光阻表面曝写出微流道图案，然后用AZ400K显影液显影，再以Cr的刻蚀液刻蚀出微流道图案；最后，利用丙酮去除表面光阻得到掩模版，掩模版实物如图2（b）和（c）所示。而后，研究人员通过掩模版制作SU-8模具，如图3所示。

图2 掩模版的制备流程图及实物图

图3 微流控芯片的制备流程及实物图

流速、芯片尺寸以及表面活性剂质量分数对磁性微液滴粒径的影响规律

研究人员详细探究了微流道结构尺寸、分散相与连续相流速和表面活性剂质量分数对磁性微液滴粒径的影响规律，发现通过控制以上参数可实现磁性微液滴粒径的精确可控，并得到以下结论：

（1）当连续相流速稳定在4.5μL/min时，分散相流速从0.5μL/min递增到3μL/min，所制备的磁性微液滴的粒径可控制在34~2μm内；当分散相流速稳定在0.2μL/min时，连续相流速从1.5μL/min递增到4.5μL/min，所制备的磁性微液滴的粒径可控制在28~69μm内；保持分散相流速不变，在一定范围内连续相流速越大，磁性微液滴的粒径越小。

（2）芯片尺寸对磁性微液滴粒径的影响较大，当分散相入口微流道宽度不变，通过减小流体出口微流道宽度，更容易产生粒径更小的磁性微液滴；当流体出口微流道宽度不变，通过减小分散相入口微流道宽度，也可产生粒径更小的磁性微液滴。

（3）当表面活性剂质量分数从15%增加到35%时，保持分散相流速为0.2μL/min不变，连续相流速从1.5μL/min递增到4.5μL/min，所制备的磁性微液滴的粒径可控制在28~83μm内；提高表面活性剂的质量分数有利于减小磁性微液滴的粒径。

图4 （a）连续相流速为4.5μL/min时分散相流速与磁性微液滴粒径的关系；（b）分散相流速为0.2μL/min时连续相流速与磁性微液滴粒径的关系；（c）4组不同芯片尺寸下的磁性微液滴粒径与连续相流速关系；（d）不同质量分数表面活性剂下连续相流速与磁性微液滴粒径的关系。

综上所述，研究人员对磁性微液滴制备工艺及粒径因素进行探究，实验结果表明磁性微液滴粒径精确可控，可为磁性微液滴精确操控提供技术基础，为细胞等微颗粒的精确分离和筛选提供重要技术支撑，在医学工程领域具有重要的应用价值。

论文链接：

http://dx.doi.org/10.13250/j.cnki.wndz.2022.07.014

审核编辑 ：李倩