微流控芯片微通道復制度的表征及在注塑成型中的應用

(中南大學機電工程學院，高性能復雜制造國家重點實驗室，湖南長沙，410083)

微流控芯片是通過控制不同流體在單一微通道或微通道網絡中流動以集成樣品制備、反應、分離、檢測等一系列過程的一種技術平臺[1]，其分析檢測過程的微型化、集成化、快速化以及低成本、少試劑、高通量等特點使其在分析化學、環境學及生物學等多個領域得到廣泛應用[2-4]。ZHOU等[5]利用微流控芯片模仿人體腎小球微環境，為腎小球的藥物篩選和毒理學測試提供了個性化及精確的生理環境。XIE等[6]利用微流控芯片實現了血液中紅細胞、白細胞的捕獲，為后續單細胞研究打下了基礎。MCMULLEN等[7]將統計與最優實驗設計集成于自動微流控系統，可實時對化學合成過程中反應速率及動力學參數進行精確估計及預測，以實現合成質量監測。據統計，2015年微流控芯片相關產品市場銷售額為31億美元，預計2020年將增長至75億美元，年均復合增長率為19.3%[8]，廣闊的市場需求也敦促微流控芯片向著低成本、大批量、一次性使用的方向發展。微注射成型技術成型周期短、成本低、可大批量生產等優點解決了微流控芯片批量化生產的問題，在微流控芯片制造領域得到極大關注[9]。但由于微流控芯片整體尺寸較小且微通道尺寸為微米級甚至納米級，在注塑過程中，聚合物熔體與型腔之間對流換熱、黏性耗散等微尺度效應[10]明顯，影響聚合物熔體流動行為，增大型腔充填難度，致使成型的微流控芯片存在微通道復制不完全[11]及同一芯片不同微通道位置間復制度差異較大等缺陷[12-13]。……