引 言
微流控技能微流控芯片专家 - 苏州汶颢微流控技能株式会社最初源自于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)在微量流体操控方面的研究，形成于20世纪90年代初。最近十年来，伴随着剖析化学和生命科学的发达发展，由于微流芯片系统具有试剂和能量花费少、检测和剖析灵敏度高、检测韶光短、可将多种功能集成化程度高档上风，在纳米纤维合成、纳米复合物制备、量子点合成、微纳米颗粒制备、电化学传感器、生归天学传感器、细胞生物学、分子生物学等领域得到了广泛的运用。通过微流控技能，可以将繁芜的化学或生物剖析合成过程整合在一块芯片中完成，实现了微全剖析系统(μTAS)或被称为芯片上的实验室(lab-on-a-chip)。
初期的微流控芯片加工技能完备继续自MEMS加工技能，步骤都须要在超净间内利用精密微加工设备完成，芯片的设计加工本钱非常高昂，严重阻碍了其在剖析化学和生命科学领域的推广运用。时至今日，欧美一些微流控技能公司生产的标准化玻璃或聚合物质料微流控芯片单片售价仍在数十到几百美元，对付微流控芯片在生物、化学、医学等领域的运用和家当化也形成了阻碍。
近年来，机器、电子、化学、生物等领域的研究者根据其在各自领域的专长和履历，探索利用了多种低本钱微加工方法。从干系论文的揭橥情形看，在Web of Science核心数据库中，从2000年到2018年1月以“低本钱(low-cost)”和“微流控芯片(microfluidics)”为关键词的论文揭橥数量，呈逐年稳步增长的趋势，目前，该方向每年的SCI论文揭橥数量为550篇旁边。
1 低本钱微流控芯片的加人为料
硅和玻璃是最早用于微流控芯片的基体材料，紧张是由于其加工方法可以直接套用MEMS和微电子领域的加工方法。硅和玻璃材料价格昂贵且不易加工，在微流控芯片的发展过程中很快就被以各种聚合物为代表的低本钱材料所替代。现有各种微流控芯片的加工方法中，可供选择的低本钱材料很多，有各种弹性体材料、热塑性聚合物质料、热固性聚合物质料、纸材料、生物质料等。本文的谈论中，将常见的可用于低本钱微流控芯片加工的材料分为聚合物质料、纸材料、其他材料三类分别进行先容。
1.1 聚合物质料
1.1.1 弹性体材料
本文所述的弹性体材料指的是能够在弱应力下发生显著形变，应力松弛后能迅速规复到靠近原有状态和尺寸的聚合物质料。聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)是目前在微流控芯片领域运用最为广泛的弹性体材料，PDMS用于微流控芯片最早在1998年由Whitesides等提出，PDMS具有价格低廉、光学透明、生物兼容性好、具有一定透气性等优点，是低本钱微流控芯片的空想材料(如图1所示)。PDMS在微流控芯片加工中每每通过模塑成型的方法在表面形成微构造，其翻模精度乃至可以达到纳米(nm)级别。然而，PDMS也有通道易变形坍塌，对通道内流体有少量接管等缺陷。PDMS的加工和键合方法将在本文的低本钱加工部分进行较为详细的先容。
图1 基于PDMS材质的液滴发生微流控芯片
1.1.2 热塑性塑料
热塑性塑料这天常生活中最为常见且运用广泛的材料，价格非常低廉，热塑性塑料可以在一定温度条件下变软后进行塑形。可用于低本钱微流控芯片的热塑性材料种类很多，紧张有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、环烯烃类共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸(PET)、聚氯乙烯(PVC)等。
热塑性塑估中，PMMA由于材料本钱低、热加工和光学性能良好，基于PMMA的微流控芯片在各种生命科学和医学研究中具有广泛运用；PS具有精良的生物兼容性，作为微流控芯片的基体材料在细胞培养等领域具有显著上风；COC作为一种较新的非晶性共聚高分子材料，与PMMA等热塑性材料比较，在紫外光波段具有精良的透过性能和更好的热稳定性，同时吸水性只有PMMA的1/10，COC芯片在大多数情形下(非极度温度情形)可以直接替代昂贵的玻璃芯片。
1.2 纸材料
纸基微流控芯片是通过各种方法将疏水材料渗透入亲水的纸纤维中，通过疏水材料的“围墙”掌握亲水纸纤维内的流体流动，从而形成了纸基微流控芯片，常见的喷墨打印机、丝网印刷、3D打印机、蜡打印机乃至蜡笔都可以被用来加工低本钱的纸基微流控芯片。在纸张选择上，常见的有Whatman系列滤纸或色谱剖析纸。与聚合物质料微流控芯片须要封闭流道不同，纸基微流控芯片由于液体在纸张纤维内部运动，每每不须要对流道进行封闭，即开放式流道(open-channel)。
图2所示的用于血细胞分离和血清蛋白检测的纸基微流控芯片，利用了浸蜡的方法定义了液体在纸纤维内流动的通道，随后通过纸纤维的孔隙对血浆和血细胞进行分离，末了通过显色测定血清蛋白含量。纸基微流控芯片由于材料和加工本钱低廉，已经被广泛运用于各种医学和生命科学检测研究和运用中，如唾液乙醛检测、重金属检测、血糖检测、乳酸检测等。
图2 用于血细胞分离和血清蛋白检测的纸基微流控芯片
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