2.1.5　混合材料和复合材料

我们可以从上述经典材料和新型材料中选择不同组合来构建混合材料芯片，以利用和发挥不同材料的优势。通常，根据所需功能来确定组合，且次要材料应能实现新的功能，而不会较大地损害主要材料的所需性能。例如：

(1)将软膜夹在硬质材料之间形成隔膜阀。这些通道需要承受操作阀门的压力(超过几十kPa)。最常用的组合是玻璃与PDMS，因为玻璃中的蚀刻通道是圆形的，具备隔膜阀的理想外形。

(2)将通道与带有金属电极的基板结合在一起。玻璃通常用于将金属电极集成到聚合物基器件中。如果需要光学检测，则涂有铟锡氧化物(ITO)的玻璃是极好的选择，因为它易于通过光刻法形成透明电极。

(3)组合不同的材料以调整某些区域的通道壁的渗透性。大部分为多孔的“可渗透”材料被用作通道的一部分，以充当整体流动的屏障，但允许通过扩散进行质量传递。这已用于辅助芯片提取和细胞培养，同时已扩展到用于在静态溶液中生成浓度梯度，比如通过在水凝胶的两侧施加具有不同浓度的溶液，可在其中形成梯度，可将梯度转移到附着于水凝胶的微通道中的游离溶液中。

(4)植入光固化材料，以实现可原位制造的结构。这种策略有助于在微通道中生成复杂的结构和运动分量。根据材料的特性，触发信号可以是化学的、热的、电的或光学的[11]。

(5)掺杂添加剂，以提供所需的功能[12]。最近，掺杂纳米材料的复合材料在微流控领域引起了越来越多的关注。

总而言之，芯片材料的发展反映了微流体技术的两个主要趋势：强大的微型研究平台和低成本、便携式分析和应用。对于实验室研究，选择材料通常需要牺牲原型设计的简易性，以获得设备的性能；而在商业化中，生产成本以及使用的简易性和可靠性都是需要考虑的主要因素。这些差异导致器件制造材料的不同偏好。当前的趋势是玻璃/硅和PDMS通常用于研究实验室，而塑料和纸则更有望用于商业设备。如表2.1所示，每种材料都有其优点和缺点。玻璃、硅和特氟龙是化学药品和溶剂最惰性的材料。PDMS易于原型设计，并且可以使用各种集成组件来制造复杂的流体回路。普通热塑性塑料非常适合用于标准微流控设备的商业批量生产。水凝胶更适合生物应用。纸在商业一次性生物或食品、环境的测定中很有前途。此外，可以改进或组合已有材料，以制造用于特定目的的、功能更强大的设备；而且，呈现有趣特性的新材料和复合材料被不断推出，随着微流控芯片材料科学和技术不断发展，这些材料将更适用于大规模生产，并具有更大的灵活性、更低的价格和更好的适应性。

表2.1　用于微流控器件制造的材料概述