微流控芯片是微全分析系统的核心。它是在方寸大小的微芯片上集成通道、反应池、检测器等微元件,用以执行采样、稀释、加样、反应、分离、检测等单元操作功能,结合一定的外部设备实现“试样进、数据出”的快速、自动化学分析或者生化分析。因此,微流控芯片的制备是实现微全分析的关键。芯片的制备通常采用微机电加工技术,需要昂贵的仪器设备和洁净实验室以及娴熟的制作技能,不便在普通化学和生化实验室中推广。基于紫外光化学反应的表面处理技术具有光源简单易得、操作方便、无污染、易于实现高精度图案化处理等优点,因而受到微流控芯片研究者的青睐。目前,紫外光表面处理技术多用于微流控芯片表面化学修饰以改善其分析性能。而本论文则以芯片的制备技术为目标,系统地研究基于紫外光化学反应的制备高聚物微(纳)流控芯片及集成化器件的新方法和新技术,并对所制备的芯片开展应用研究。论文共分为六章。第一章主要介绍了与本论文相关的紫外光与有机高聚物的作用机理,并对近年来紫外光在微流控芯片加工中的应用现状进行综述。第二章研究在聚苯乙烯(PS)上基于紫外光诱导活化的区域化学镀方法,旨在为具有良好生物相容性的PS芯片上集成微电极等金属微器件,提高芯片的综合功能。首先考察了不同的紫外光源对PS表面的改性效果,发现365nm紫外光对PS表面几乎没有改性效果；254nm紫外光可以在2h内使PS表面产生羧基等含氧活性基团而使之变为亲水。以主要辐射254nm紫外光的紫外消毒灯(低压汞灯)为光源,研究建立了在PS表面通过紫外光诱导活化-区域化学镀制备金膜微器件的方法及相关原理。利用所建立的方法在PS芯片上制备了金薄膜电化学传感微电极和电加热器。通过对PS片上所制备的金膜微器件进行物理和化学性质表征,发现这些金膜微器件具有良好的附着性能、耐酸耐碱性能以及电化学性能。将集成有金膜微电极的PS盖片与带有通道网络结构的PS基片通过等离子体辅助热压封合组成毛细管电泳-安培检测的全PS芯片,应用于神经递质多巴胺和儿茶酚的分离分析,在238V/cm的场强下,分离效率达到1.3×104塔板/m(多巴胺),多巴胺和儿茶酚检测限分别为0.5和0.7μmol/L。五次连续进样分离检测,两者迁移时间的RSD分别为0.5%和0.4%,峰高的RSD分别为1.1%和2.7%。与同类的PDMS-玻璃杂交电泳芯片相比,该芯片具有分离效率高、检测限低、精密度高、分析时间短等优点。第三章针对塑料芯片中最常用的材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)难以借用第二章方法在其上制备金属微器件的难题,研究PMMA的紫外光化学反应行为,以建立可应用于PMMA的紫外光诱导活化的区域化学镀技术。考察了UV、O3以及UV结合03(UV/O3)对PMMA的表面改性效果,观察到只有采用UV/O3对PMMA光照处理才能在其表面形成含氧活性基团。在此基础上,以UV/O3为光源,系统研究了UV/O3区域活化结合化学镀在PMMA上制备金属器件的方法和相关的化学原理,并对所制备的金(铜)薄膜微电极和金薄膜电热器等金属微器件进行了物理和化学性能表征。所制备的金属微器件尺寸精确,具有较强的附着强度,良好的电学和电化学性能。第四章针对目前制备纳米通道多采用的高能粒子束干法刻蚀技术难以推广普及的问题,研究建立了一种基于紫外光降解作用的、在PMMA上制备一维(1-D)纳流控芯片的制备方法,包括紫外光直接干法刻蚀纳米/亚微米通道和UV/O3甫助低温封合纳米通道两个关键技术,方法新颖、简单、易于批量化生产。研究比较了不同光源对PMMA的刻蚀效果,发现UV/O3具有更好的光降解刻蚀效果。以UV/O3为光源,配合石英掩膜的使用,研究了刻蚀深度与辐照剂量的关系,实验数据经数学拟合,证实两者符合二次函数关系。同时发现,干刻的纳米通道水洗后其深度会加深20%左右。利用UV/O3对PMMA表面的光化学表面改性作用,实现了PMMA纳米通道的低温封合。首先采用UV/O3对带有纳米通道的PMMA基片与空白PMMA盖片的拟封合表面进行整体辐照,在它们表面形成亲水活性基团,然后在流动的水中将两片PMMA贴合,在低温低压(45℃,1.2×105Pa)下放置35min,即可实现不可逆封合。上述封合工艺适用于深宽比大于1：1000的1-D纳米通道,封合后通道的塌陷率为(13±9)%,封合强度可达6.71±2.50MPa。利用建立的方法,制备了PMMA微-纳复合通道芯片,成功应用于异硫氰酸酯荧光素(FITC)阴离子的电驱动富集与消散。第五章针对由PDMS弹性体与硬质热塑性高聚物(塑料)组成的PDMS-塑料复合芯片很难实现不可逆封合的问题,研究建立了一种简单易行的、基于硅烷化-紫外光活化的PDMS-PS复合芯片的不可逆封合方法。研究表明,经过UV/O3处理后PS表面形成羧基、羟基等活性基团,利用这些基团作为锚点,通过硅烷化反应,将3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)键合到PS表面,再通过UV/O3的光降解作用,使PS表面的硅烷化层降解,形成残留于PS表面的硅羟基。同样通过UV/O3的表面活化处理,使PDMS表面产生硅羟基。将经UV/O3处理后的硅烷化PS表面与UV/O3处理后的PDMS表面贴合,借助硅羟基之间的缩合反应,实现PDMS与PS两者的不可逆封合。利用PDMS具有的良好透气性,结合PS所具有的极佳生物相容性,设计制备了复合材料的PDMS-PS细胞培养芯片,试用于人宫颈癌细胞的培养时,观察到,PDMS-PS复合芯片的培养效果优于全PS和全PDMS芯片。第六章针对两相液滴微流控分析系统中液滴内容物在线检测的难题,研究在两相液滴微流芯片上集成安培检测器的方法,并对两相液滴-安培检测系统的电化学行为开展基础性研究。利用第二章所建立的方法,在PS芯片上制备了金属薄膜微电极阵列,研究建立了一个适用于油包水(W/O)两相液滴流系统中水相液滴内容物的在线安培检测系统,并以H2O2为模型待测物,研究了该系统的电化学响应行为。研究发现,W/O两相液滴流的安培信号(i-t曲线)由尖锋形的前沿和较尖锋低的平台形后沿所组成,且信号的轮廓与流速、相比等因素有关。通过系统的研究,对空白磷酸缓冲液液滴和H202液滴的i-t信号的特征和归属作了分析和论证。研究还发现,两相液滴流的信号远远小于相同浓度水相连续流的信号,指出包裹在水相液滴外的油膜对液滴内容物的电化学响应有较大的阻碍作用。通过系统研究流速、水油比、电极构型、电极宽度对液滴流响应的影响,初步优化了该系统,液滴中H2O2的检测灵敏度达到22.2pA/(mol/L),线性范围为10-500μmol/L,同一芯片日内检测250μmol/L H2O2液滴的RSD为3.4%(n=9),日间RSD为8.9%(n=3)。此研究为两相液滴流的在线安培检测在化学与生化分析中奠定了一定的理论和技术基础。本论文的主要创新点：1.研究建立了两种基于紫外光诱导活化-区域化学镀技术的在PS和PMMA芯片上集成微金属膜器件的新方法。发现主要辐射254nm紫外光的无臭氧低压汞灯,可以对PS进行有效的光化学改性使之表面产生足量的羧基,但不能有效的改性PMMA。要使PMMA表面也产生足量的羧基,需采用有臭氧的低压汞灯作为光源进行改性。以改性后表面产生的羧基为锚点进行一系列的化学反应后,在光改性区域可以沉积纳米金粒子用于催化后续化学镀的进行。2.创造性的提出并建立了一种PMMA纳流控芯片的制备方法,包括由低压汞灯发射的深紫外光及其诱导产生的臭氧(UV/O3)通过石英掩膜干法刻蚀制备一维纳米通道,和利用UV/O3对PMMA的表面改性作用实现纳米通道的低温、低压、高强度的封合。该方法无需昂贵的实验设备,为化学和生物化学研究者在普通实验室制备PMMA纳流控或者复合微-纳流控芯片提供了一种新颖的、易于推广的技术平台。3.研究攻克了PDMS-塑料复合芯片不可逆封接的难题,建立了基于紫外光辅助硅烷化-紫外光活化的PDMS-PS复合芯片的不可逆封接技术。制备的PDMS-PS复合芯片兼有PDMS的弹性、透气性和PS的刚性、生物兼容性,为制备性能优良的PDMS-塑料微流芯片提供了技术支撑。4.构建了一个集成化的、适用于两相液滴流中水相液滴内电活性物质的在线实时检测的两相液滴-安培检测系统。揭示了该系统对H202液滴的电化学行为,并对所观察到的现象提出了自己的见解,为两相液滴-安培检测系统在化学分析和生化分析中的应用提供了技术和理论基础。