微流体设备的制造方法及由其制造的纸上实验室平台与流程

本发明涉及一种微流体设备的制造方法，其与亲水性多孔基材的形状无关地能够利用蜡在一张基材内精确地形成所期望的形状的通道。

背景技术：

1、纸(张)具有多孔性/纤维结构，可以存储或固定化学物质，无需额外的泵也可以通过毛细管现象来使流体移动，因此可以用作需要使微流体移动的微流体设备。尽管在本说明书中描述为代表性术语的“纸”，但只要是亲水性多孔材质，并且可以通过毛细管现象使流体侧流的材质，则都可以适用利用疏水性蜡的相同的技术，例如包括：纸；多孔金属网；无纺布；如纤维素(cellulose)、壳聚糖(chitosan)、聚乳酸(pla)的亲水性聚合物膜(polymermembrane)；海绵(sponge)；织物等材质，但不限于此。

2、由于纸可以通过印刷、涂层和浸渍等方法进行各种变形，因此可以将样品分配到分离的多个空间，以在一个芯片上同时进行多重分析。另外，具有机械灵活性，并且厚度为几十到几百微米，因此即使使用较小体积的样品也能进行分析，并且，由于重量轻且方便移动，便携性优异，因此不仅适合现场应用，还可以通过焚烧来废弃，因此可以轻松地去除危险废弃物。最重要的是，由于可以低成本制造，因此作为超低成本分析设备的理想平台受到关注。因此，可以应用于包括健康诊断、环境监测、免疫分析、视频安全分析的各种领域。

3、作为纸基诊断设备，通过将纸浸入到样品中观察颜色的变化的量油尺形式首次在1960年代被商业化，并广泛应用于尿液分析中。从与此更晚的1980年代开始，利用由多孔特性所产生的侧流的纸基微流体设备适用于采用免疫分析的妊娠诊断中以来迅速扩展并应用于食品、环境领域。

4、纸基微流体设备可以分为：一维微流体设备，其设计为流体沿着流体的行进方向只向一个方向移动；二维微流体设备，其设计为在同一平面内向作为水平方向的各个方向移动；三维微流体设备，其设计为不仅向水平方向移动，还可以向垂直方向移动(图1)。由于三维微流体设备与一维微流体设备和二维微流体设备相比形成结构复杂的通道，因此可以在密集的空间内同时进行多重分析，并且可以通过更先进的比色分析法进行定量分析。先进的比色分析法是一种通过变色点的数量来表示溶液中待检测物质的浓度的分析法。由于现有的比色分析法只能进行正常分析或大概的估量，因此为了进行定量分析需要外部电子分析设备来精确地分析试剂的颜色变化，相反地，由于先进的比色分析法无需外部电子分析设备也可以进行定量分析，因此可以使数字分析设备的可用性翻倍。

5、纸基微流体设备是通过利用光刻(lithography)、蜡印或蚀刻等在纸上形成疏水性区域和亲水性区域的图案来制造。韩国公开专利第10-2010-0127301号公开了一种使用纸和双面胶的三维纸基微流体设备的制造方法。参照图2以及附图标记200-250描述制造过程如下。首先，当层叠了多张纸时，在每个纸形成疏水性区域和亲水性区域的图案，以具有所期望的通道形状(步骤1)。与二维纸基微流体设备相同地，图案的形成可以适当地使用光刻或蜡印等方法。形成有图案的每个层的纸利用疏水性的双面胶来相连接，首先，若每个层的纸被粘贴，则在双面胶上钻个孔，使得流体能够沿着每个层的亲水性区域(纸)流动(步骤2)。此时，由于形成于双面胶的孔在每个层的纸被粘贴时作为空的空间而残留，因此将会妨碍流体的上下移动(尤其，朝向上方方向的移动)。因此，额外地准备用于填充这些孔的亲水性物质(纸或纤维素粉末等)(步骤3)。之后，通过对齐在上述过程中已准备的构成要素之后粘合来完成三维纸基微流体设备。可以通过所述方法制造出三维纸基微流体设备，但其工程复杂，并且需要较长的时间和劳动力，而且必须精确地控制每个层的纸和粘合胶带层，这会导致生产成本增加。

6、为了解决这种问题，如韩国授权专利第10-1493051号的图3所示，本发明人提出了一种制造三维纸基微流体设备的方法，该方法通过将蜡两面印刷在一张纸上，并且对其进行热处理。与现有的方法相比，所述方法是非常简单的方法，在能够简单且经济地制造出三维纸基微流体设备的方面上是一种创新的方法。然而，即使进行双面印刷，也难以精确地对齐正反面上的蜡印刷图案，并且随着三维结构物的形状变得复杂，由对齐错误所导致的缺陷成为问题。此外，在纸本身具有非典型(不规则)的形状而不是直角四边形的情况下，存在难以在两个面上印刷蜡图案的问题。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：韩国公开专利第10-2010-0127301号(2010年12月03日)

10、专利文献2：韩国授权专利第10-1493051号(2015年02月06日)

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、本发明是用于解决制造使用疏水性蜡来在亲水性多孔基材内形成通道的微流体设备上存在的问题，其目的在于，提供一种也可以在非典型基材上形成所期望的形状的通道的利用转印膜的微流体设备的制造方法以及由该制造方法制造的纸上实验室平台。

3、尤其，本发明的目的在于，提供一种微流体设备的制造方法，其能够解决制造三维微流体设备时因正反面上的蜡图案(wax pattern)的对齐发生错位而导致的高不良率的问题。

4、进而，本发明的目的在于，提供一种能够简便地控制设备的边界面的蜡图案形状微流体设备的制造方法。

5、用于解决问题的手段

6、用于实现上述目的的本发明涉及一种微流体设备的制造方法，在微流体设备的亲水性多孔基材内形成有由蜡所产生的微通道，其特征在于，包括：在将形成有用于形成微流路的蜡图案的镜像的转印膜和所述基材之后进行热处理的步骤。

7、尤其在制造三维微流体设备时，更能有效地应用本发明的微流体设备的制造方法。具体而言，本发明的微流体设备的制造方法可以通过如下特征来解决两个面上的蜡图案的对齐问题，该特征为，当制造三维微流体设备时，通过将两张透明的转印膜的蜡图案分别热转印到所述基材的两个面，从而在一张基材内形成三维微通道。在本发明中，“热转印”是指，在转印膜的形成有蜡的表面和基材相接触的状态下进行加热，从而使熔融了的蜡转印到基材。在该热转印过程中，蜡不仅转印到基材的表面，而且其一部分将会渗入到基材的气孔内，从而在基材内形成以疏水性蜡为边界面的微通道。

8、所述基材可以是纸、多孔金属网、无纺布、亲水性聚合物膜、海绵或织物，并且可以具有规定的二维形状。通常，使用蜡打印机相对容易地将蜡图案印刷在具有特定规格的直角四边形形状的基材上，但是难以通过蜡打印机印刷在除了直角四边形以外的非典型形状的基材或非柔性基材，尤其是更难以对齐两面图案并进行印刷。尤其，在所述基材具有非典型二维形状的情况下，可以更有效地应用本发明。

9、在具有所述非典型的二维形状的基材中，可以调整在基材的边界面上由蜡所形成的微通道的截面形状。

10、发明效果

11、如上所述，根据本发明的基于转印的微流体设备的制造方法，与基材的形状无关地，能够形成由蜡图案所差生的微通道，并且能够容易地控制基材的边界面的截面形状。

12、在本发明的微流体设备的制造方法中，在使用透明的转印膜的情况下，容易对印刷在纸两面的蜡图案进行对齐，由此大大降低制造三维微流体设备时的不良率，并且能够形成更精确的微通道，因此能够有效地利用于结构复杂的诊断、分析装置或微型机器等三维微流体设备的制造中。

13、尤其，在本发明的微流体设备的制造方法中，在基材的形状为非典型形状的情况下，即使在预先将基材加工成规定形状之后也能容易对齐蜡图案，从而能够扩大三维微流体设备的应用领域。