一种抗血液吸附的微流体传感装置及其制备方法

本发明涉及微流控，尤其是一种抗血液吸附的微流体传感装置及其制备方法。

背景技术：

1、微流控技术是指使用微管道处理或操纵微小流体系统所涉及的科学和技术，已在化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程等领域得到广泛应用。pdms(聚二甲基硅氧烷)由于其成本较低，生物兼容性强，机械性能好，透明透气而成为使用较为普遍的微流体基材，而基于微流控技术的pdms微流体装置具有微型化、集成化等特征，在血液分析领域中具有广泛的应用。

2、然而经研究发现，采用pdms加工的微流控装置通常情况下是疏水的(水接触角为100°-120°)。与血液样本接触时，pdms表面的疏水性会使血液中的血细胞、蛋白质等大分子物质吸附至装置表面，从而导致血液凝固和血栓形成，阻塞微流体通道并破坏装置内部集成器件的正常功能，增加污染的风险，提高清洁和操作的成本。此外，由于pdms材料表面的金属粘附性差，通常在玻璃表面加工传感器件(例如电化学传感器)，并与pdms微流体芯片封装键合构建微流体传感装置时，在封装键合过程中常常需要对pdms芯片和玻璃基底进行加热处理，以此来增强键合强度。但对于蛋白质、葡萄糖、电解质离子等生物分子的电化学传感器而言，加热处理会对电化学传感电极表面的敏感层造成不可逆的损伤，破坏电化学传感器件的功能。综上，由于在pdms微流体装置表面发生的非特异性吸附问题，以及pdms芯片与玻璃表面电化学传感电极的无损键合难题，限制了pdms微流体传感装置在血液分析领域中的应用。

3、为解决pdms材料自身疏水性造成的血液非特异性吸附的问题，对pdms表面进行等离子体处理以及将亲水物质修饰至pdms表面是常用的增强其亲水性的方法。但等离子体处理后pdms表面的亲水性能保持时效较短，处理10分钟后pdms的亲水性会逐渐降低，处理1天后会恢复原来的疏水性。虽有一些研究将含有亲水基团的单体物质聚合至pdms的表面，使其呈现出稳定的亲水性能，但实验中发现，简单地将含有亲水基团的单体物质聚合至pdms表面，并不能保持pdms的长期亲水性。例如将亲水材料pdms-peg修饰至pdms表面，1周内材料可以保持较好的亲水性，但一周后亲水性能发生明显下降，亲水基团与pdms表面结合的稳定性下降。例如，在pdms固化时掺入质量比为0.42-0.43％的pdms-peg，固化后的pdms水接触角由116°变为32.9°，但在干燥常温的条件下存放了10天后，pdms装置表面的水接触角变为60-80°之间，并不能保持长期的亲水性能。

4、一些研究将含有亲水基团的聚乙烯醇修饰至pdms表面，聚乙烯醇(pva)中含有的大量羟基具有强亲水性，在外部的干湿变化中表现出强烈的对水亲合作用，因此是具有界面活性的物质。并且羟基与水分子之间可以形成氢键，使与pdms材料表面结合的稳定性得到增强。例如，将pdms在聚乙烯醇溶液中浸泡10-20min，pdms水接触角由116°变为28.5°，可见聚乙烯醇对pdms表面亲水性的改善更加明显，但在实验中发现这种亲水效果，还会有少量的血液成分吸附至pdms装置表面，所以还需进一步提高亲水性；而且在干燥常温的条件下存放一天后，经过聚乙烯醇修饰的pdms装置表面的水接触角变为42.6°，在干燥常温的条件下存放10天后，经过聚乙烯醇修饰的pdms装置表面的水接触角变为50°，可见，经过聚乙烯醇修饰的pdms装置还是不能保持长期的亲水性能。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗血液吸附的微流体传感装置。

2、本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法。

3、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

4、一种抗血液吸附的微流体传感装置，包括pdms微流体装置，所述pdms微流体装置是由下述方法制备得到的：

5、(1)将pdms单体、固化剂以及亲水性材料pdms-peg(聚二甲基硅氧烷-聚乙二醇)进行混合固化后制得pdms装置；

6、(2)将pva(聚乙烯醇)溶解在超纯水中，形成亲水修饰溶液，然后将pdms装置浸入亲水修饰溶液中进行亲水修饰，即得。

7、上述pdms微流体装置可保持长期亲水性，具有一定的抗吸附性能。

8、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，每100g的pdms单体中加入0.1-0.43gpdms-peg。

9、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，所述pdms单体、固化剂以及亲水性材料pdms-peg的质量比为100：10：0.1-0.43。

10、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，所述固化剂为市售pdms交联剂，用于固化pdms单体，所述pdms单体与固化剂的添加比例为10：1。

11、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，所述亲水修饰溶液中pva(醇解度87-89％)与超纯水的质量比为1：50-200，即每50-200g的超纯水中加入1g pva。

12、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，所述pdms装置浸入亲水修饰溶液中进行亲水修饰的方法为：先在室温条件下浸泡5-20min，然后取出吹干并在65℃条件下加热5-20min，重复操作直至在pdms装置表面形成光滑的亲水涂层。

13、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，重复操作的次数为1-4次。

14、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置，包括pdms微流体装置、玻璃基底、电化学检测电极和外接管路，通过喷墨打印技术、真空蒸镀技术和磁控溅射技术在玻璃基底上加工电极，使电化学检测电极沉积在玻璃基底上，进行功能化后构成电化学检测传感器，然后将pdms微流体装置与玻璃基底键合封装，最后在pdms微流体装置两端连通外接管路(进液管路和出液管路)用于进出待测液体。

15、上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，具体步骤如下：

16、(1)将pdms单体、固化剂以及pdms-peg进行混合固化后制得pdms装置；

17、(2)将pva溶解在超纯水中，形成亲水修饰溶液，然后将pdms装置浸入亲水修饰溶液中进行亲水修饰，制得pdms微流体装置；

18、(3)通过plasma处理(200-300w，30-300s)进行pdms微流体装置与玻璃基底的键合，在不影响pdms微流体装置表面抗吸附性能和玻璃表面电化学传感器性能的条件下实现pdms微流体传感装置的集成。

19、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，所述步骤(1)中混合固化的方式为利用软光刻技术、3d打印技术或激光雕刻技术制备封装装置模具，在其表面浇注pdms单体、固化剂以及pdms-peg的混合液进行固化。

20、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，所述步骤(3)中单参数或多参数电化学检测传感器集成在玻璃基底表面，针对待测物检测需求在电极表面进行功能化修饰后与pdms微流体装置集成。

21、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，所述电化学检测传感器通过喷墨打印技术、真空蒸镀技术或磁控溅射技术在玻璃基底上加工得到，通过在电极上修饰敏感涂层以实现电极表面的功能化。

22、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，所述步骤(3)中pdms微流体装置与玻璃基底一同进行plasma处理的条件为氧气流量为60ml，功率为300w，处理时间30s，不需要额外的加热处理，即可完成pdms微流体装置与玻璃基底表面的封装键合。

23、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，所述步骤(3)中pdms微流体装置与玻璃基底表面的电化学检测传感器一同进行plasma处理，处理完成后1min内将pdms微流体装置与玻璃基底贴合，按压排出气泡，并在pdms微流体装置与玻璃基底上施加0.5mpa的外力，静置12-24h。

24、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，具体步骤如下：

25、(1)通过软光刻技术、3d打印技术或激光雕刻技术制备pdms微流体装置模具；

26、(2)将由pdms单体、固化剂以及pdms-peg组成的混合液真空状态下去除混合过程中产生的气泡，并浇注在pdms微流体装置模具上，80℃加热0.5h，待固化完全后将pdms封装装置从模具中分离，即得pdms微流体装置；

27、(3)将pdms微流体装置浸泡在含pva的亲水修饰溶液中，在pdms微流体装置表面形成亲水涂层，以实现进一步亲水性修饰，保持长期亲水性；

28、(4)制备以玻璃为基底的电化学传感器元件；

29、(5)采用plasma处理技术对pdms微流体装置与玻璃表面的电化学检测传感器进行键合封装；

30、(6)在封装后的装置的进液口与出液口连接管道并涂覆环氧树脂胶实现管路密封。

31、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，每100g的pdms单体中加入0.1-0.43g pdms-peg。在pdms单体混合液中加入亲水性材料pdms-peg可一定程度上提高固化后的pdms装置亲水性，实验发现加入pdms-peg质量比大于0.43％的pdms装置在与玻璃键合封装上受到影响。故在混合pdms单体与固化剂时，加入质量比在0.1-0.43％范围内的pdms-peg，以此在提高pdms装置亲水性的同时，不影响其与玻璃基底键合封装的效果。

32、优选的，上述抗血液吸附的微流体传感装置的制备方法，含pva的亲水修饰溶液中pva(醇解度87-89％)与超纯水质量比为1:50-200。每50-200g的超纯水中加入1g聚乙烯醇，用带加热板的磁力搅拌器在室温下搅拌40分钟，然后将温度逐渐升高至100℃，并将溶液再搅拌40分钟；最后，将温度降低至65℃，并将溶液搅拌过夜；搅拌过程中用封口膜把烧杯口封住，减少水分的蒸发，在使用前称量装有溶液的烧杯，并加入水以补偿由于水蒸发引起的任何损失。

33、有益效果：

34、上述抗血液吸附的微流体传感装置，通过对微流体装置内表面进行亲水修饰，改善pdms材料的疏水性，使其具有长期稳定的亲水性，可减少血液成分连续检测中血细胞、蛋白质等大分子在微流体装置表面的吸附，降低装置内血液凝固和血栓形成的风险，且修饰过程简单，通过简单的浸泡加热处理，在pdms材料表面形成稳定的亲水性涂层；同时优化了pdms微流体装置与玻璃基底的无损键合方法，在不破坏pdms微流体装置亲水性能和玻璃表面电化学传感器性能的条件下，实现pdms微流体传感装置的集成，所获得的微流体传感装置对血液具有很好的抗污染抗吸附能力，同时保证电化学电极的传感性能，在血液分析领域中具有广阔的应用前景。此外，通过优化plasma处理的参数和与玻璃基底进行键合封装的步骤，克服了需要加热才能完成掺入pdms-peg的pdms材料与玻璃键合封装的缺点，实现了在不需要额外的加热处理，不影响pdms微流体装置表面抗吸附性能和玻璃表面电化学传感器性能的条件下，实现pdms微流体传感装置的无损封装键合。