微流控芯片是基于微机电系统(micro electro mechanical system, MEMS)发展而来,通过微加工技术将微通道、微阀、微泵和微电极等不同功能的微型元器件集成在一起构成的微全分析系统。
芯片材料作为微流控芯片的载体,决定了芯片的加工难度、精度、功能以及成本。选择芯片材料时一般要考虑其化学和生物兼容性、电绝缘性、散热性、可修饰性、光学性能、材料和加工成本等。
微流控芯片的制作材料选择是关键性的决定因素。最初,硅材料由于其优越的特性在微流控芯片制备中占据主导地位,但随着应用场景的多样化,硅材料的局限性逐渐显露,特别是其不能耐受高压和无法兼容光学检测技术的缺陷。
为了克服这些问题,业界和科研界开始探索新的材料选择。玻璃材质因其优异的电渗性和光学性质理论上非常适合微流控芯片的制作,然而,其复杂的制作工艺、昂贵的成本和难以进行光刻和蚀刻的特性限制了其大规模应用。
与此相比,高分子材料展现出了明显的优势。高分子聚合物制作工艺简单、原材料成本低廉,同时具备良好的绝缘性、耐高压性、热稳定性、生物兼容性、气体透性以及低弹性模量等特点。这些特性使其广泛应用于毛细管电泳微芯片、生化反应芯片以及多种光学检测系统中。
目前,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为代表的有机高分子聚合物成为了微流控芯片制作的主流材料之一,其优异的性能和相对简单的制作工艺使其受到广泛欢迎。
微流控芯片常用材料及其性能 | |||||
性能指标 | 玻璃 | PDMS | PMMA | PC | 纸基 |
生物相容性 | 较好 | 易非特异性吸附 | 较好 | 较好 | 较好 |
光学特性 | 较好 | 较好 | 较好 | 紫外吸收较差 | 检测背景低 |
导热系数 | 较好 | 低 | 低 | 低 | 低 |
电绝缘性 | 较好 | 较好 | 较好 | 较好 | 较好 |
热稳定性 | -80~860℃ | -50~200℃ | -80~90℃ | -60~120℃ | 受热易蒸发 |
材料成本 | 适中 | 适中 | 适中 | 适中 | 低 |
加工难度 | 较难 | 适中 | 适中 | 适中 | 容易 |
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