微流体芯片仿生可逆封装方法

　　微流体芯片是一种新型生化分析仪器，在生物与化学分析、临床检测、环境监测等领域，微流体系统有着广阔的应用前景。目前以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)等为代表的有机聚合物成为微流体芯片研究的热点。PDMS是一种弹性高分子聚合物，由PDMS基质和相应的固化剂按一定的比例热聚合而成。PDMS表现出非常理想的材料特性。依据PDMS微流体芯片封装后强度的不同，主要可以将其分为不可逆封装和可逆封装2类，但均存在一些不足。

　　不可逆封装需要对PDMS表面进行等离子氧化处理，是为了增加PDMS表面含氧官能团，提高芯片的封装强度〔‘〕。不可逆封装芯片的优点是封装强度大，能承受207~345kPa的外加压力，缺点是芯片一旦封装，就形成永久性猫接，不能重复使用。可逆封装是用去离子水和甲醇对PDMS盖片和相应的基片(包括PDMS基片或玻璃基片等)表面进行反复清洗;然后用氮气吹干;最后，直接接触猫合即得到可逆封装芯片。可逆封装的PDMS微流体芯片最突出的一个特点是芯片可以根据试验需要进行任意拆洗，反复使用[2]。但它的缺点是封装强度不够高，通常其能承受的最大压力不超过34.5kPa[3〕。

　　本文根据仿生戮附原理，提出了一种新型可逆封装方法，封装强度比传统的可逆封装高几倍，有望达到不可逆封装强度。

　　1仿生黏附原理

　　研究结果发现，各种爬壁动物脚掌微观结构会随着动物体积增大和重量的增加，其脚掌结构越来越精细，绒毛直径越来越小，密度越来越大，壁虎甚至出现微纳米双层精细结构。壁虎趾面上有一系列排列整齐的皮瓣，皮瓣上则是倾角近似一致的绒毛阵列。大壁虎的皮瓣宽约400一600拌m;每根绒毛直径5科m、长约100拼m;绒毛末端又分岔为100一1000根纳米绒毛，图1显示了壁虎趾面的分层结构。KellarAutumn指出:壁虎勃附力是由壁虎脚底绒毛与物体表面分子之间产生的范德瓦尔斯力(vanderWaalsforee)累积而成的。

　　本文提出的新型封装方法就是借鉴壁虎大量的微小绒毛产生的总猫附力是可观的思想，在PDMS上制造高密度的绒毛猫附阵列，当2片PDMS接触时，黏附阵列中每根绒毛通过侧面与另一层的一根或多根绒毛的侧面接触，产生勃附力，形成可逆封装。

2仿生封装原理

　　2.1弹性回柱体接触模型

　　单根绒毛可以建模为弹性圆柱体，当2根绒毛接触时，通过圆柱体接触模型计算其翻附力，接触模型如图2。根据Baney一Hui的结果得到无量纲化单位长度黏附力:

　　无量纲化单位长度翰附力与无量纲化接触半径石随人值变化的关系如图3所示，根据文献[10]讨论，大的久值接近JKR接触模型，小的人接近Hert:接触模型。