離心力驅動微流控芯片以其設備簡單,制作成本低,集成度高等優勢在醫療診斷、食品衛生、化工生產及環境監測等領域有廣闊的應用前景,正在成為工業界和學術界的研究熱點。可以預見,更為簡單、快速、高精度的離心力驅動芯片的加工方法以及與旋轉的芯片相匹配的試樣引入和檢測系統,對于促進技術普及化,儀器商品化具有重要意義。

與普通的微流控芯片不同,離心式芯片在結構上具有以下典型特點:首先,芯片多為圓形結構,其大小與生活中使用的CD相當,芯片可集成數十到上百個由圓盤中心向外圍呈輻射分布重復的結構單元。通常在每個結構單元的外圍會設計一些氣路通道,以確保芯片在旋轉時各通道內氣壓的平衡；其次,每個結構單元由于應用體系要求不同在構型設計上也有差異,但它們有一個共同的特點那就是通過通道的內徑突變來實現微閥的作用。

離心式微流控芯片的加工方法

由于離心式微流控芯片是利用芯片材質的憎水表面在通道內徑突變處產生毛細阻力實現對液流的控制,所以此類微泵芯片通常都是采用高聚物材料加工制作，常用的有聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。

陽模的加工

SU-8光刻膠在光刻、曝光、顯影后可得到高深寬比的微結構,可直接用于微流控芯片陽模的制作。SU-8光刻膠陽模具有工序簡單、加工成本低等優點,可高效的應用于固化型和溶劑揮發型高聚物材料的小批量低壓澆注成型,但它所具有的低機械強度和熱應力,使其很難用于高壓下才能進行的熱壓和注塑成型。

金屬由于其高的機械強度和熱應力是塑料芯片加工的一種非常理想的模具材料。Lee等分別在硅和鎳材料基片上制作了鎳金屬陽模,并從脫模的難易和加工程序簡單程度的角度對這兩種方法進行比較。雖然電鑄技術得到的鎳基陽模具有表面粗糙度小(<10nmRMS)[4]、精度高及堅固耐用等優點,但由于電鑄過程緩慢、電力線存在一定的彎曲,使鎳的生長速度不均一,陽模容易彎曲等問題會對芯片的加工質量有一定的影響。

單晶硅以其成熟的微加工技術、較高的硬度和導熱性,已被廣泛應用于高聚物微流控芯片陽模的制作。雖然用硅陽模可以很方便的實現芯片的小批量復制,但由于硅很脆,在進行高壓成型時通常要在陽模下鍵合一塊5mm厚的玻璃片,以增加硅片陽模的機械強度。

芯片的封裝

加工后的微通道是敞開的,為了使通道形成毛細管,通常需要將另一塊高聚物或玻璃作為蓋片與該基片封合。

離心力驅動微泵具有設備簡單、流體無脈動、可驅動流體不受限制等優勢,此外,由于其動力是施加于芯片上的所有液流,單一電機可同時為芯片上所有(數十到數百個)結構單元提供驅動力,這對于進行微流控芯片的高通量分析有著很重要的意義,已廣泛應用于生物[27]及化學分析等領域。