1技术方案
以PMMA板块为微流控芯片基体材料〔7〕，普通激光雕刻机直接打印微流控芯片上面所需要的各种反应单元和微通道，再用热合密封方法，将激光雕刻好的芯片主板块与盖板密封封装。利用电极与金属电路对热的良好传导性，将需要布设的检测电极和金属电路热熔后嵌入芯片体，保证芯片上下两面均平整光滑。微流控芯片与外部设备连接所需要的信号线，全部在芯片板块侧端设置金属螺钉作触点，与配套起固定作用的卡座上分别对应的金属螺钉，靠接触连通外部设备进行电流信号传输。
2加工方法
(1)按设计要求切割好2块表面平整光洁的PMMA平板，以此为微流控芯片加工的基本材料，面积7cm×10cm，其中6mm厚的为芯片主板块，用来刻蚀微流控芯片的微通道和反应单元;1mm厚的用作雕刻好的芯片主板块的密封盖板。(2)用华硕S200A电脑设计软件，将微流控芯片通道和反应单元设计好，控制激光头打印速度在85～190mm/min，进行打印。需要加深的部位可以局部重复打印数次，直到满足设计要求。细节部位用多功能微型机床与手工微刻刀进行修饰完善。(3)将内部结构加工好的主板块与盖板上下重合叠加，再在其上面用组合钢板施加一定的热合压力，放置恒温干燥加热箱内进行等速(＜1℃/min)升温，加热到113℃左右，加压热合。(4)将铜板制成的片状电极和铜导线平铺于芯片盖板上，用电烙铁接触，轻微加压，排除微流控芯片受热熔化物质，到适当深度，移去热源，迅速冷却，使金属电极、电路嵌入微流控芯片体。(5)固定好电极后，在微流控芯片的一侧安置半圆帽螺钉接触弹片，将芯片需要与外部设备连接的金属导线固定在上面。微流控芯片结构及其连接如图1所示。
3芯片性能试验结果
3．1芯片密封耐压力试验
堵塞芯片废液出口，用注射器(不接金属针头部件)在芯片进样口一端，向新加工的芯片内注水加压，直到临界渗漏，计算所施加的压力，检测密封耐水压性能。耐压力计算公式:P=m×g/S，式中，P为压强(kPa)，m为压在注射器活塞柱上钢块的质量(kg)，g为重力加速度(9．8N/kg)，S为微通道截面面积(m2)。试验结果表明，热合压力对PM-MA材质芯片的密封性有密切影响，如图2所示。
3．2芯片对水样中离子分离性能试验
完成上述芯片的加工后，要对该工艺制作的微流控芯片的使用性能进行测试。采用纯水、K+、Mg2+作为目标分离物，如图1将芯片连接上示波器与信号发生器。当由进样口用注射器加入样品溶液，流经电极之间时，由信号发生器施加的正弦波会因溶液的成分不同，而在示波器上能显示出不同特征峰型，这些峰的出现，就标志着目标检测物被微流控芯片成功分离。实验时，配制1∶0．9的MES－His缓冲液，pH:6．0～7．5，浓度为15mmol/L;KCl溶液、MgCl2溶液。芯片激励信号为连续正弦波，频率95kHz，电压10V。用移液器取0．5mlMES－His缓冲液，由图1进样口加入，再取0．3ml的KCl或MgCl2被测溶液加入，静置停留4min。用洁净注射器(不安装金属针头部件)吸空气到5ml刻度，将注射器针口部位插入图1中进样口处，密闭吻合，缓慢推动注射器活塞，使缓冲区空腔内液体在密闭空气压力下流经检测电极，并从废液出口流出。加样前，启动信号发生器，并用示波器检测接收到的信号。试验结果表明，K+的有效检出范围为3．1～50μmol/L，Mg2+的有效检出范围为1．0～100μmol/L，分离图如图3所示。Mg2+出现不明原因的双峰干扰，而且样品流过耦合电导检测电极前后，出现空气经过时的较大背景噪声，但不影响Mg2+、K+的分离峰出现。
4讨论
本方法采用聚甲基丙烯酸甲酯材料制作微流控芯片，光学性能好，机械强度高，成本低廉，容易加工;其热变形温度约为96℃(1．18MPa)，维卡软化点(Vicatsofteningtemperature，VST)约为113℃;耐酸、碱、盐腐蚀性和电绝缘性能良好。使用该技术加工微流控芯片，不需模具或特殊的专业设备，不涉及目前的化学键合封装技术，节约时间(数小时即可)，大大降低了微流控芯片的加工难度、复杂程度及制作成本。在芯片的一次性使用中，便捷更换方面有了实质性突破。使用该技术制作的用于水质检测的非接触电导耦合微流控芯片各方面性能理想，成功地完成了水样中K+、Mg2+2种离子的分离检测，在水质检测中具有广阔的应用前景。该技术方法加工的PMMA微流控芯片，适宜的热合压力范围相对较窄，对热合密封的效果影响较大，说明该条件应根据不同的材料实际掌握。Mg2+出现的双峰干扰，需进一步深入研究探明原因。
作者：马新华 欧国荣 刘楠 袭著革 高志贤 单位：军事医学科学院卫生学环境医学研究所 天津市环境与食品安全风险监控技术重点实验室
