聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)微流控芯片的制備

微流控芯片的微尺寸通道結(jié)構(gòu)賦予了其顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此，關(guān)于微流控芯片在分離、生化分析和微反應(yīng)器等領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來越多。為此，研究人員開發(fā)出不同的微流控芯片加工技術(shù)以滿足其在產(chǎn)業(yè)化和實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用需求。微流控芯片設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵是提高加工方法的效率以及選擇合適的材料作為芯片基底原料。目前，制備微流控芯片的原料有玻璃、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、熱塑性聚合物和熱固性聚合物。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境所需要的操作條件（如壓力、溫度、溶劑耐受性等）、檢測(cè)方法、芯片構(gòu)造的復(fù)雜程度和成本等因素選擇合適的材料來制作微流控芯片。目前，應(yīng)用最廣泛的是通過軟光刻法加工的PDMS微流控芯片。軟光刻法具有簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)和高效等優(yōu)點(diǎn)，但PDMS芯片存在不耐受有機(jī)溶劑溶脹的問題。此外，由于PDMS原料黏度很高，成型前需要先經(jīng)過負(fù)壓脫氣過程來除去原料中的小氣泡，耗時(shí)0.5~2.0h，導(dǎo)致PDMS芯片的制作周期較長(zhǎng)。另外，PDMS的固化速度較慢，通常需要在65~70

℃下恒溫過夜，確保樹脂充分固化。這些問題在很大程度上限制了PDMS芯片的推廣應(yīng)用。因此，有必要尋找一種新材料，既能夠克服PDMS的性能缺陷，又能夠通過類似于軟光刻的方法實(shí)現(xiàn)芯片的加工制造。聚雙環(huán)戊二烯（PDCPD）是一類新型高性能熱固性工程樹脂，它是由單體雙環(huán)戊二烯（DCPD）經(jīng)過金屬卡賓催化開環(huán)易位聚合（ROMP）而成。PDCPD具有高強(qiáng)度、耐腐蝕和生產(chǎn)成本可控的優(yōu)點(diǎn)，目前已在汽車工業(yè)、組織工程和自修復(fù)材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。聚合成型后的PDCPD是剛性樹脂，其性質(zhì)與彈性PDMS存在顯著差異，難以用于微流控芯片的加工。本文在前期工作基礎(chǔ)上，開展DCPD與COD的共聚反應(yīng)研究，并利用聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)〔P(DCPD-co-COD)〕的回彈性，將其應(yīng)用于高精度微尺寸微流控芯片的制作。該法的整體流程類似于PDMS芯片的軟光刻法，并利用PDCPD凝膠的化學(xué)活性，開發(fā)適用于該體系的芯片鍵合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)芯片各組件之間的穩(wěn)定鍵合。此外，為了驗(yàn)證聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)微流控芯片在液滴微流控技術(shù)上的應(yīng)用可行性，以去離子水和正十六烷分別作為分散相和連續(xù)相，考察微流控芯片中單分散液滴的制備和尺寸調(diào)控。以期得到制備方法簡(jiǎn)單、成型精度高、加工周期短的微流控芯片，為液滴微流控技術(shù)的應(yīng)用研究提供新的方案。摘要：環(huán)辛二烯與雙環(huán)戊二烯通過開環(huán)易位聚合制得了聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)共聚物。當(dāng)環(huán)戊二烯與環(huán)辛二烯的質(zhì)量比為1∶1時(shí)，制得的彈性共聚物的力學(xué)性能接近于聚二甲基硅氧烷（PDMS），可通過模塑成型工藝實(shí)現(xiàn)高精度的微尺寸結(jié)構(gòu)成型。利用聚雙環(huán)戊二烯半固化凝膠的反應(yīng)特性，僅需升溫至80℃并恒溫20min，即可實(shí)現(xiàn)共聚物與聚雙環(huán)戊二烯基底之間的穩(wěn)定鍵合。聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)微流控芯片加工全流程耗時(shí)<1h。此外，共聚物微流控芯片可通過類似于PDMS的連接方式，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、高效的密封連接。利用共聚物微流控芯片制得單分散的微液滴，控制連續(xù)相的流速即可實(shí)現(xiàn)微液滴尺寸的調(diào)變。結(jié)論（1）通過引入COD作為DCPD聚合的共聚單體，當(dāng)COD與DCPD的質(zhì)量比為1:1時(shí)，合成出具有彈性體性質(zhì)的聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)共聚物。（2）以SU-8硅片作為模具，驗(yàn)證了共聚物蓋片微尺寸加工的高精準(zhǔn)度。利用半固化PDCPD凝膠的反應(yīng)特性，完成共聚物芯片的鍵合，最終建立了聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)微流控芯片的加工技術(shù)。（3）通過單分散液滴的制備驗(yàn)證了聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)微流控芯片的使用性能。在兩相微流控體系中得到了單分散的微液滴，調(diào)節(jié)油相流速可以調(diào)變微液滴的尺寸大小。本文所報(bào)道的聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯)微流控芯片及制作工藝具有以下特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、成型精度高；耗時(shí)短，全工藝流程耗時(shí)<1h；鍵合方法簡(jiǎn)單高效；使用步驟簡(jiǎn)單?？梢?，聚(雙環(huán)戊二烯-co-環(huán)辛二烯