硅和玻璃是最早用于微流控芯片的基體材料，主要是由于其加工方法可以直接套用MEMS和微電子領(lǐng)域的加工方法。硅和玻璃材料價(jià)格昂貴且不易加工，在微流控芯片的發(fā)展過程中很快就被以各類聚合物為代表的低成本材料所替代。現(xiàn)有各類微流控芯片的加工方法中，可供選擇的低成本材料很多，有各類彈性體材料、熱塑性聚合物材料、熱固性聚合物材料、紙材料、生物材料等。本文的討論中，將常見的可用于低成本微流控芯片加工的材料分為聚合物材料、紙材料分別進(jìn)行介紹。

聚合物材料

彈性體材料

彈性體材料指的是能夠在弱應(yīng)力下發(fā)生顯著形變，應(yīng)力松弛后能迅速恢復(fù)到接近原有狀態(tài)和尺寸的聚合物材料。聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）是目前在微流控芯片領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的彈性體材料，PDMS用于微流控芯片最早在1998年由Whitesides等提出，PDMS具有價(jià)格低廉、光學(xué)透明、生物兼容性好、具有一定透氣性等優(yōu)點(diǎn)，是低成本微流控芯片的理想材料（如圖1所示）。PDMS在微流控芯片加工中往往通過模塑成型的方法在表面形成微結(jié)構(gòu)，其翻模精度甚至可以達(dá)到納米（nm）級(jí)別。然而，PDMS也有通道易變形坍塌，對(duì)通道內(nèi)流體有少量吸收等缺點(diǎn)。PDMS的加工和鍵合方法將在本文的低成本加工部分進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。

圖1 基于PDMS材質(zhì)的液滴發(fā)生微流控芯片

熱塑性塑料 

熱塑性塑料是日常生活中最為常見且應(yīng)用廣泛的材料，價(jià)格非常低廉，熱塑性塑料可以在一定溫度條件下變軟后進(jìn)行塑形。可用于低成本微流控芯片的熱塑性材料種類很多，主要有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、環(huán)烯烴類共聚物（COC）、聚碳酸酯（PC）、聚對(duì)苯二甲酸（PET）、聚氯乙烯（PVC）等。

熱塑性塑料中，PMMA由于材料成本低、熱加工和光學(xué)性能良好，基于PMMA的微流控芯片在各類生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究中具有廣泛應(yīng)用；PS具有優(yōu)異的生物兼容性，作為微流控芯片的基體材料在細(xì)胞培養(yǎng)等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)；COC作為一種較新的非晶性共聚高分子材料，與PMMA等熱塑性材料相比，在紫外光波段具有優(yōu)異的透過性能和更好的熱穩(wěn)定性，同時(shí)吸水性只有PMMA的1/10，COC芯片在大多數(shù)情況下（非極端溫度情況）可以直接替代昂貴的玻璃芯片。

紙材料

紙基微流控芯片是通過各種方法將疏水材料滲透入親水的紙纖維中，通過疏水材料的“圍墻”控制親水紙纖維內(nèi)的流體流動(dòng)，從而形成了紙基微流控芯片，常見的噴墨打印機(jī)、絲網(wǎng)印刷、3D打印機(jī)、蠟打印機(jī)甚至蠟筆都可以被用來加工低成本的紙基微流控芯片。在紙張選擇上，常見的有Whatman系列濾紙或色譜分析紙。與聚合物材料微流控芯片需要封閉流道不同，紙基微流控芯片由于液體在紙張纖維內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，往往不需要對(duì)流道進(jìn)行封閉，即開放式流道（open-channel）。

圖2所示的用于血細(xì)胞分離和血清蛋白檢測(cè)的紙基微流控芯片，利用了浸蠟的方法定義了液體在紙纖維內(nèi)流動(dòng)的通道，隨后通過紙纖維的孔隙對(duì)血漿和血細(xì)胞進(jìn)行分離，最后通過顯色測(cè)定血清蛋白含量。紙基微流控芯片由于材料和加工成本低廉，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)檢測(cè)研究和應(yīng)用中，如唾液乙醛檢測(cè)、重金屬檢測(cè)、血糖檢測(cè)、乳酸檢測(cè)等。

圖2 用于血細(xì)胞分離和血清蛋白檢測(cè)的紙基微流控芯片

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