專利名稱：微流控芯片的批量生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本i明涉及一種4效流控芯片的批量生產(chǎn)方法，特別涉及一種高聚物材料材 質(zhì)微流控芯片的精密注塑的批量生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
食品安全檢測、檢驗檢疫、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的工作，迫切需要發(fā)展可在現(xiàn) 場操作、快速篩查檢測手段。微流控芯片(Microfluidic chip)技術(shù)是上個世紀 90年代發(fā)v^來的分析科技前沿，它釆用微加工技術(shù)，在數(shù)平方厘米大小的 基片上制作出微溝道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和其它功能單元，將樣品制備、進樣、稀釋、反 應(yīng)、分離、檢測等實驗室功能的集成在微芯片上，即所謂的"微全分析系統(tǒng) Miniaturized total analysis system, nTAS)",也稱"芯片實驗室(Lab誦on- chip)", 具有便攜化、集成化和自動化等優(yōu)勢，有潛力做到現(xiàn)場、原位、實時地實施檢 測、監(jiān)測，具有更廣泛的適用性，提供一種更為簡便、快速、準確的"綠色"分 析手段，因此，微流體芯片技術(shù)被譽為"影響人類未來的15件最重要的發(fā)明 之一"。
該技術(shù)自90年瑞士 Chiba-Geigy公司的Manz等人首次提出以來的18年 間得到了飛速發(fā)展，然而，近5年以來該技術(shù)的發(fā)展處于徘徊階段，突出的問 題為成功的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。迄今為止，國內(nèi)外尚沒有一款真正意義上的微流 體芯片分析檢測的商業(yè)化產(chǎn)品。主要技術(shù)瓶頸為芯片的低成本、批量制造技術(shù) 難題，直接影響了該技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
微流控芯片的制作通常先制作基片和蓋片，再由基片和蓋片鍵合而成。目 前微流控芯片基片和蓋片的制作，主要沿用孩i機電(Microelectronic Mechanical Systems, MEMS)技術(shù)制備的無機材料，如單晶硅、玻璃等。盡管此類芯片 加工精細度高，且精細結(jié)構(gòu)的深/寬比可以做得很大，但由于(一)無機材料表面既不易與生物分子結(jié)合，也不易進行功能化修飾；(二)當基片和蓋片鍵 合時，難免導(dǎo)致芯片產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)變形；(三)復(fù)雜的制作工藝難以形成大批 量生產(chǎn)，導(dǎo)致芯片成本高，限制了應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。由于高聚物具有價格低 廉、加工方法多樣等優(yōu)勢，越來越成為微芯片材料的首選。目前使用較多的高 聚物材料包括聚苯乙烯(PS)、聚二曱基硅氧烷(PDMS)、聚曱基丙烯酸曱酯 (PMMA)、低密度聚乙烯、聚丙稀(PC)和聚對苯二曱酸乙二酯(PET)等。 其中，聚苯乙烯對蛋白吸附性能好、光透性好、且成本低廉，是ELISA酶標 板的通用選材。收縮率小，從而尺寸變化差異小。
然而，用高聚物材料制作微流控芯片并非易事，主要因為高聚物材料較硬、 玻璃化溫度低(74-105。C之間)、熔融狀態(tài)流動性較大， 一方面，用傳統(tǒng)的MEMS 技術(shù)鍵合時芯片微通道結(jié)構(gòu)更易遭損壞；另一方面，基片和蓋片制作過程中難 以保證平整度和光潔度而直接影響芯片的鍵合。因此，目前文獻報道的芯片大 多為手工制作，工藝水平低下，難以實現(xiàn)大批量制造，無法滿足日常大量測試 工作的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決目前微流控芯片的不能批量制作的難題，而提供一 種簡便、快速的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法。
為了實現(xiàn)本申請的發(fā)明目的，本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其 中所述的方法包括
(a) 選用表面拋光度為0. 02-0. 06微米的硬質(zhì)合金材料的模芯，該模芯包 括左動模芯部分、左靜模芯部分、右動模芯部分和右靜模芯部分，
(b) 將上述左動模芯部分和右動模芯部分分別放入動模中，將上述左靜模 芯部分和右靜模芯部分分別放入靜模中，合動模和靜模，并且將上述左動模芯 部分、左靜模芯部分、右動模芯部分、右靜模芯部分、動模和靜模的溫度保持 在85-115。C之間，
(c) 將高聚物材料按厚度l-5厘米均勻鋪展開，在70-75'C下干燥6-8 小時，以減少高聚物材料中的7jc份；(d) 在環(huán)境溫度為20-25。C下的萬級至十萬級潔凈室內(nèi)，將步驟(c)中 的高聚物材料在熔融狀態(tài)下通過鎖模力不小于400KN的精密電動注塑機分別 注入到左動模芯部分和左靜模芯部分之間，及右動模芯部分和右靜模芯部分之 間；注塑機包括垂直進料筒、水平料筒和出料口，水平料筒中裝有螺桿，出 料口對準動模和靜模之間的注射口，垂直進料筒的溫度保持在30-80t:,水 平料筒的溫度保持在205 - 215'C,出料口的溫度保持在195 - 205匸，
(e) 注塑機在射出速度為80 - 100咖/s和壓力在40 - 60Mpa的條件下，注 入高聚物材料，并且保持ls;然后在射出速度為40- 70mm/s和壓力在20-30Mpa的條件下，注入高聚物材料，并且保持0.8s;之后依次，在壓力20-30Mpa的條件下保持ls,在壓力20-30Mpa的條件下保持0.8s,再逐步卸壓 冷卻20 ± 5 s后，螺桿回料，打開動模(5)和靜模，整個注塑時間為30 ± 3s,
(f) 在從左動模芯部分和左靜模芯部分之間，及右動模芯部分和右靜模芯 部分之間取出左微流控芯片和右微流控芯片后，將上述產(chǎn)品進行殺毒除菌；
(g) 將左微流控芯片和右微流控芯片鍵合；
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述步驟(g)中的鍵合是 用弱溶劑鍵合、熱壓鍵合、超聲波鍵合、靜電鍵合方式將左微流控芯片和右微 流控芯片粘接在一起；
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述步驟(d)中的在萬級 潔凈室為每立方米空氣中大于等于0. 5微米塵粒數(shù)小于35 x 10000個且大于等 于5微米塵粒數(shù)小于等于2500個，十萬級潔凈室為每立方米空氣中大于等于 0. 5微米塵粒數(shù)小于35 x 100000個且大于等于5微米塵粒數(shù)小于等于5000個；
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述步驟(a)中的模芯為 J05型硬質(zhì)合金鋼，它的硬度為93. 5HRA,抗折力為1320MPa。引伸力為740MPa. 壓縮強度為3830MPa，耐沖擊強度為7公斤/厘米3;
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述步驟(d)中垂直進料 筒的溫度是通過循環(huán)水保持的；水平料筒和出料口的溫度是靠溫度探針來測 定，靠電阻絲來保持；
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述步驟(f)中的殺毒除
6菌是采用紫外線或環(huán)氧乙烷進行的；
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述的注塑機通過流道將高 聚物材料注入到左動模芯部分和左靜模芯部分之間，及右動模芯部分和右靜模 芯部分之間；
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述的步驟(e )中螺桿回 料的時間為5s,開模的時間為Is;
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述的高聚物材料包括聚 苯乙烯(PS)、聚二曱基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸曱酯(PMMA)、低密度 聚乙烯、聚丙稀(PC)或聚對苯二曱酸乙二酯(PET);
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其中所述的流道上開有透氣孔， 以避免模芯內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法與現(xiàn)有的微流控芯片相比，本發(fā)明可 以使用低成本的高聚物材料制作微流控芯片，保證芯片的基片和蓋片相接觸的 表面具有良好的平整度和光潔度以利于芯片鍵合，可大批量制作微流控芯片的 基片，制作速度快，并^&片和蓋片易于鍵合而制成微流控芯片，從而推動微 流控芯片技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。


圖1為使用本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法進行注塑時，注塑機和模 具的示意圖2為圖1在模具A-A處的俯向示意圖。
為了清楚起見上述兩圖均未按照比例進行繪制。
具體實施例方式
如圖l好圖2所示，本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法使用精密電動注 塑機和模具。該注塑機包括垂直進料筒7、水平料筒8和出料口9，水平料 筒8中裝有螺桿11,模具包括動模5和靜模6和模芯，該模芯包括左動 模芯部分1、左靜模芯部分2、右動模芯部分3和右靜模芯部分4。出料口 9 對準動模5和靜模6之間的注射口 10。本發(fā)明的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法包括以下步驟
(a)選用表面拋光度為0. 02-0. 06微米的硬質(zhì)合金材料的模芯，模芯為J05 型硬質(zhì)合金鋼，它的石更度為93.5HRA,抗折力為1320MPa。引伸力為740MPa. 壓縮強度為3830MPa，耐沖擊強度為7公斤/厘米3;
(b)將上述左動模芯部分1和右動模芯部分3分別放入動模5中，將上述 左靜模芯部分2和右靜模芯部分4分別放入靜模6中，合動模5和靜模6,并 且將上述左動模芯部分1、左靜模芯部分2、右動模芯部分3、右靜模芯部分4、 動模5和靜模6的溫度保持在85 - 115。C之間，最好保持在105°C;
(c)將聚苯乙烯按厚度1 - 5厘米均勻鋪展開，在70 - 75。C下干燥6 - 8小 時，以減少聚苯乙烯中的7jc份，避免氣泡的產(chǎn)生；
d)在環(huán)境溫度為20-25。C下，最好在23。C下，在萬級至十萬級潔凈室內(nèi)， 萬級潔凈室為每立方米空氣中大于等于O. 5微米塵粒數(shù)小于35 x 10000個且大 于等于5微米塵粒數(shù)小于等于2500個，十萬級潔凈室為每立方米空氣中大于 等于0.5微米塵粒數(shù)小于35 x 100000個且大于等于5微米塵粒數(shù)小于等于 5000個，將步驟(c)中聚苯乙烯在熔融狀態(tài)下通過鎖模力不小于400KN的精 密電動注塑機分別注入到左動模芯部分1和左靜模芯部分2之間，及右動模芯 部分3和右靜模芯部分4之間，注塑機通過流道12將聚苯乙烯注入到左動模 芯部分1和左靜模芯部分2之間，及右動模芯部分3和右靜模芯部分4之間， 為了避免在模芯內(nèi)產(chǎn)生氣泡，流道12上開有透氣孔，垂直進料筒7的溫度保 持在30 - 80。C,最好保持在40-6(TC之間，水平料筒8的溫度保持在205-215 。C,出料口 9的溫度保持在195-205°C,垂直進料筒7的溫度是通過循環(huán)水 保持的；水平料筒8和出料口 9的溫度是靠溫度探針來測定，靠電阻絲來保持；
(e)注塑機在射出速度為80 - 100mm/s和壓力在40 - 60Mpa的條件下，注 入聚苯乙烯，并且保持ls;然后在射出速度為40 - 70mm/s和壓力在20 - 30Mpa 的條件下，注入聚苯乙烯，并且保持0.8s;之后依次，在壓力20-30Mpa的 條件下保持ls,在壓力20 - 30Mpa的條件下保持0. 8s，再逐步卸壓冷卻20 ± 5 s后，螺桿11回料時間為5s，打開動模5和靜模6的時間為ls,整個注塑 時間為30士3s;(f) 在從左動模芯部分1和左靜模芯部分2之間，及右動模芯部分3和右 靜模芯部分4之間取出左微流控芯片和右微流控芯片后，將上述產(chǎn)品采用紫外 線或環(huán)氧乙烷進行殺毒除菌；
(g) 將左微流控芯片和右微流控芯片用弱溶劑鍵合、熱壓鍵合、超聲波鍵 合、靜電鍵合方式粘接在一起，其中的弱溶劑鍵合方式可以采用專利申請?zhí)枮?ZL200480039700. 6號專利所公開的用弱溶劑粘接的方式將左孩i流控芯片即 基片或蓋片和右微流控芯片即蓋片或基片鍵合在一起，形成微流控芯片。
本實施例以聚苯乙烯為例進行說明，除聚苯乙烯以外，還可以包括聚二 甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、低密度聚乙烯、聚丙稀(PC) 或聚對苯二甲酸乙二酯(PET);
以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參 見權(quán)利要求，在不違背本發(fā)明的精神的情況下，本發(fā)明可以作任何形式的修改。
權(quán)利要求
1. 一種微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述的方法包括(a)選用表面拋光度為0.02-0.06微米的硬質(zhì)合金材料的模芯，該模芯包括左動模芯部分(1)、左靜模芯部分(2)、右動模芯部分(3)和右靜模芯部分(4)；(b)將上述左動模芯部分(1)和右動模芯部分(3)分別放入動模(5)中，將上述左靜模芯部分(2)和右靜模芯部分(4)分別放入靜模(6)中，合動模(5)和靜模(6)，并且將上述左動模芯部分(1)、左靜模芯部分(2)、右動模芯部分(3)、右靜模芯部分(4)、動模(5)和靜模(6)的溫度保持在85-115℃之間；(c)將高聚物材料按厚度1-5厘米均勻鋪展開，在70-75℃下干燥6-8小時，以減少高聚物材料中的水份；(d)在環(huán)境溫度為20-25℃下的萬級至十萬級潔凈室內(nèi)，將步驟(c)中的高聚物材料在熔融狀態(tài)下通過鎖模力不小于400KN的精密電動注塑機分別注入到左動模芯部分(1)和左靜模芯部分(2)之間，及右動模芯部分(3)和右靜模芯部分(4)之間；注塑機包括垂直進料筒(7)、水平料筒(8)和出料口(9)，水平料筒(8)中裝有螺桿(11)，出料口(9)對準動模(5)和靜模(6)之間的注射口(10)，垂直進料筒(7)的溫度保持在30-80℃，水平料筒(8)的溫度保持在205-215℃，出料口(9)的溫度保持在195-205℃；(e)注塑機在射出速度為80-100mm/s和壓力在40-60Mpa的條件下，注入高聚物材料，并且保持1s；然后在射出速度為40-70mm/s和壓力在20-30Mpa的條件下，注入高聚物材料，并且保持0.8s；之后依次，在壓力20-30Mpa的條件下保持1s，在壓力20-30Mpa的條件下保持0.8s，再逐步卸壓冷卻20±5s后，螺桿(11)回料，打開動模(5)和靜模(6)，整個注塑時間為30±3s；(f)在從左動模芯部分(1)和左靜模芯部分(2)之間，及右動模芯部分(3)和右靜模芯部分(4)之間取出左微流控芯片和右微流控芯片后，將上述產(chǎn)品進行殺毒除菌；(g)將左微流控芯片和右微流控芯片鍵合。
2. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(g) 中的鍵合是用弱溶劑鍵合、熱壓鍵合、超聲波鍵合、靜電鍵合方式將左微流控芯片和右 微流控芯片粘接在一起。
3. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(d) 中的在萬級潔凈室為每立方米空氣中大于等于0.5微米塵粒數(shù)小于35 x 10000個且大于 等于5微米塵粒數(shù)小于等于2500個，十萬級潔凈室為每立方米空氣中大于等于0. 5微米 塵粒數(shù)小于35 x 100000個且大于等于5微米塵粒數(shù)小于等于5000個。
4. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(a) 中的模芯為J05型硬質(zhì)合金鋼，它的硬度為93.5HRA,抗折力為1320 MPa，引伸張力為 740MPa.壓縮強度為3830MPa,耐沖擊強度為7公斤/立方厘米。
5. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(d) 中垂直進料筒(7)的溫度是通過循環(huán)水保持的；水平料筒(8)和出料口 (9)的溫度是 靠溫度探針來測定，靠電阻絲來保持。
6. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述步驟(f) 中的殺毒除菌是采用紫外線或環(huán)氧乙烷進行的。
7. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述的注塑機通 過流道(12 )將高聚物材料注入到左動模芯部分(1)和左靜模芯部分(2 )之間，及右 動模芯部分(3)和右靜模芯部分(4)之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟(e) 中螺桿(11)回料的時間為5s，開模的時間為ls。
9. 如權(quán)利要求1所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述的高聚物材 料包括聚苯乙烯(PS)、聚二曱基硅氧烷(PDMS)、聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)、低密度 聚乙烯、聚丙稀(PC)或聚對苯二曱酸乙二酯(PET)。
10. 如權(quán)利要求7所述的微流控芯片的批量生產(chǎn)方法，其特征在于所述的流道(12) 上開有透氣孔，以避免模芯內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
全文摘要
本發(fā)明微流控芯片的批量生產(chǎn)方法包括選用硬質(zhì)合金材料的模芯，將左動模芯部分、左靜模芯部分、右動模芯部分、右靜模芯部分、動模和靜模溫度保持在85-115℃，將高聚物材料按厚度1-5厘米均勻鋪展開，在70-75℃下干燥6-8小時，在環(huán)境溫度為20-25℃下，在萬級至十萬級潔凈室內(nèi)，將熔融狀態(tài)材料注入到左動模芯部分和左靜模芯部分之間，及右動模芯部分和右靜模芯部分之間；在速度為80-100mm/s和壓力在40-60MPa的條件下，注入高聚物材料，整個注塑時間為30±3s，取出芯片后進行殺毒除菌；最后將左微流控芯片和右微流控芯片鍵合，本發(fā)明可大批量制作微流控芯片，推動了微流控芯片技術(shù)的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
文檔編號B29C45/00GK101468506SQ20081011514
公開日2009年7月1日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者勐 李, 鄒明強 申請人:中國檢驗檢疫科學(xué)研究院