Способ изготовления многослойного разборного микрофлюидного чипа Российский патент 2025 года по МПК G01N33/48 

Изобретение относится к устройствам микрофлюидных технологий, представляющее собой сэндвич-структуру, в которой можно осуществлять производство одинарных и множественных эмульсий, сепарацию, смешивание нескольких жидкостей и их анализ.

Производство микрофлюидных чипов чаще всего осуществляется такими методами как фотолитография, мягкая литография, лазерная абляция, метод горячей штамповки (патент US 9498776 B2, опубл. 22.11.2016, патент RU 2648444 C1, опубл. 26.03.2018, Бюл. №9). Недостатком подобных технологий является продолжительность изготовления, наличие специализированного лабораторного оборудования и стерильного помещения.

В публикации Патент RU 200301 U1, опубл. 15.10.2020, описан многослойный микрофлюидный чип из прозрачного материала - полиметилметакрилата, поликарбоната и двухслойной клейкой ленты, который оснащен технологическими отверстиями и прорезями для подачи реагентов и формирующий сеть резервуаров для фильтрации, удаления воздушных пузырьков, проведения реакций и сбора реагентов, соединенных системой микроканалов. Недостатком его является невозможность разборки, очистки и повторного использования, а также сложность изготовления.

Двухслойный микрофлюидный чип в патенте RU 2724254 C1, опубл. 22.06.2020, Бюл. №18, предназначенный для смешивания реагентов, был получен методом герметичного спекания лабораторного стекла. Одна из пластин имеет прорезь в виде микрофлюдного канала, где происходит смешивание двух подаваемых (дестабилизированных) потоков, а другая служит слоем для герметизации системы.

Недостатком представленного микрофлюидного устройства является ограниченность его функционала, так как он предназначен только для смешивания реагентов.

В патенте RU 2806143 С1, опубл. 26.10.2023, описана модульная проточная ячейка для проведения химических реакций, которая представляет собой герметичную «сэндвич-структуру», состоящую из микрофлюидного устройства, формирующегося методом проволочно-вырезной электроэрозионной обработки пластины из металлического материала. Микроканал закреплен между пластин того же материала, которые содержат отверстия для ввода и вывода реагентов из ячейки.

Недостатком такой технологии заключается в медленной скорости изготовления микрофлюидного канала методом проволочно-вырезной электроэрозионной обработки. Также микрофлюидный чип имеет только один слой микроканалов.

Технической задачей настоящего изобретения является создание многослойного разборного микрофлюидного чипа в виде «сэндвич-структуры», содержащего два или более слоя микроканалов, при малом количестве времени его изготовления и без использования специализированного лабораторного оборудования и материалов.

Технический результат достигается путем использования многослойной структуры, состоящей из стеклянных пластин, между которыми помещается полимерная парафиновая пленка, в которой формируется микрофлюидный канал различной конфигурации («соосный поток», «фокусировка потока» и «Т-образный поток») с помощью режущего плоттера или лазера; скрепление или разбор микрофлюидного чипа осуществляется путем спекания или распекания многослойной структуры.

Способ изготовления многослойных микрофлюидных чипов включает следующие этапы:

1. В двух стеклянных пластинах просверливаются технологические отверстия для ввода и вывода жидкостей соответственно выбранной геометрии микрофлюидного канала. Причем выводное отверстие первого слоя чипа соответствует вводному отверстию второго слоя чипа. Третий слой пластины остается без прорезей и служит герметизатором микрофлюидного устройства.

2. Удаление с поверхности стеклянных пластин органических загрязнений осуществляется путем обработки раствором дихромата калия K₂Cr₂O₇ или раствором NaOH в пероксиде водорода 6%. Остатки растворов удаляются дистиллированной водой. Сушка стеклянных пластин осуществляется в сушильном шкафу при 110°С в течение 5 мин.

3. В соответствии с задачами поверхность стеклянных пластин обрабатывается гидрофобными или гидрофильными составами.

4. К верхней стеклянной пластине крепятся коннекторы, которые соединяют микрофлюидный чип с внешним миром с помощью силиконовых трубок.

5. Между стеклянными пластинами помещается слой парафиновой полимерной пленки, в которой вырезается микрофлюидный канал, с помощью режущего плоттера или лазера.

6. Микрофлюидное устройство собирается со следующей последовательности: стекло-полимерная пленка-стекло-полимерная пленка-стекло и спекается в сушильном шкафу при в течение 30 минут при температуре 70°С.

7. Разбор микрофлюидного чипа после использования осуществляется в сушильном шкафу при температуре, превышающей температуру спекания - 80-100°С, и удаления слоев полимерной пленки.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что изготовление микрофлюидных чипов со сложной многослойной структурой микроканалов занимает малое количество времени, не требует наличия специализированного лабораторного оборудования и материалов.

На Фиг. 1 изображен последовательный процесс изготовления многослойного микрофлюидного чипа на примере конфигурации «фокусировка потока».

Двойные эмульсии представляют собой конфигурацию «капля в капле», когда внутренняя и внешняя фазы не смешиваются благодаря средней фазе.

Двойная эмульсия образовывается двумя этапами. В нижнем слое микрофлюидного чипа происходит первичное эмульгирование: через отверстия 1 и 3 продаются две несмешивающиеся жидкости, образуя одинарную эмульсию, которая переходит через отверстие 5 в верхний слой чипа для образования двойной эмульсии, где внешняя фаза подается через отверстие 2. Отверстие 4 служит для вывода эмульсии из микрофлюидного чипа.

Изобретение относится к микрофлюидным технологиям и может применяться для производства одинарных и множественных эмульсий, сепарации, смешивания нескольких жидкостей и их анализа. Способ заключается в формировании многослойной структуры, состоящей из трех прозрачных очищенных от органических загрязнений и высушенных при 110°С в течение 5 минут стеклянных пластин с предварительно просверленными технологическими отверстиями для ввода и вывода образующих двойную эмульсию жидкостей с помощью прикрепленных к верхней пластине коннекторов. Между пластинами размещены трафареты в виде слоев парафиновой полимерной пленки толщиной 0,125 мм с вырезанными с помощью режущего плоттера или лазера микроканалами. После формирования многослойной структуры осуществляют спекание в сушильном шкафу в течение 30 минут при температуре 110°С. Достигается создание многослойного разборного микрофлюидного чипа в виде «сэндвич-структуры», содержащего два или более слоя микроканалов, при малом количестве времени его изготовления и без использования специализированного лабораторного оборудования и материалов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления многослойного разборного микрофлюидного чипа, заключающийся в формировании многослойной структуры, состоящей из трех прозрачных очищенных от органических загрязнений и высушенных при 110°С в течение 5 минут стеклянных пластин с предварительно просверленными технологическими отверстиями для ввода и вывода образующих двойную эмульсию жидкостей с помощью прикрепленных к верхней пластине коннекторов, а также из размещенных между пластинами трафаретов в виде слоев парафиновой полимерной пленки толщиной 0,125 мм с вырезанными с помощью режущего плоттера или лазера микроканалами, с последующим спеканием в сушильном шкафу в течение 30 минут при температуре 110°С.

2. Способ по п. 1, в котором коннекторы соединяют чип со шприцевым насосом, который управляет и контролирует скорость подачи жидкостей в микрофлюидное устройство, с помощью силиконовых трубок.

3. Способ по п. 1, в котором стеклянные пластины обрабатываются гидрофобными или гидрофильными составами.

4. Способ по п. 1, в котором микрофлюидный чип после использования разбирают путем его распекания в сушильном шкафу при температуре 80-100°С и удаления слоев полимерной пленки.