專利名稱：一種高聚物納流控芯片的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種芯片的制備方法，更具體的說，是一種制備高聚物納流控芯片的 方法。
背景技術：
近年來，隨著微流控芯片分析的迅猛發(fā)展，納流控芯片(芯片通道至少一維是 廣100 nm范圍的納米尺度)分析也越來越引起人們的關注。納流控芯片的制作是納流控 芯片分析的基礎。與微流控芯片相比，納流控芯片對加工技術提出了更高的要求，促使許 多特殊的加工技術相繼出現(xiàn)，如電子束光刻、聚焦離子束光刻、激光干涉光刻、質子束刻寫 等，利用這些技術可以準確控制通道的尺寸，在不同材料的基片上制得一維、二維甚至三維 的納通道或納結構。但是這些技術需要特殊而且昂貴的儀器設備，加工成本極高。與硅、玻璃、石英芯片相比，高聚物芯片具有成本低、易加工，可以批量生產(chǎn)而成為 一次性器件等優(yōu)勢。模具熱壓法是在高聚物材料上制備納通道的主要方法，但是熱壓法需 要的模具制作難度大、加工成本高。也有文獻報道用熱形變機械拉伸法或電擊穿法制備高 聚物納流控芯片，但這樣制作的納通道的尺寸難以準確控制。納米通道容易變形塌陷，因此芯片的封合是納流控芯片制備的技術難點。熱封合 技術是制備高聚物微流控芯片中最常用的封合技術。熱封合技術是加熱高聚物基片和蓋片 至軟化點溫度以上時，施加一定的高壓進行封合的一種技術。當利用該技術封合納米通道 時將導致通道的塌陷堵塞。有文獻報道，用氧等離子體預處理高聚物基片和蓋片后，可以降 低封接溫度，在軟化點溫度以下時，加壓芯片的進行封合[P. Abgrall, L. N. Low, N. Τ. Nguyen, Lab Chip 7 (2007) 520-522]。該方法雖然簡單，但需要氧等離子體產(chǎn)生器以及 相對超凈的環(huán)境下進行。
發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術的制備納控流芯片在一些技術方面的不足，現(xiàn)提供一種工藝簡 單、成本低的制備高聚物納流控芯片的方法。本發(fā)明的具體技術方案如下
本發(fā)明是一種高聚物納流控芯片的制備方法，采用無光膠的紫外光光刻技術，制備 帶有一維納米或亞微米通道高聚物材料基片；所制備的納流控芯片由兩片高聚物材料組 成一片是帶有納通道的高聚物基片，另一片是空白高聚物蓋片，采用紫外光輻射預處理帶 有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片，在低溫低壓下封合形成高聚物納流控芯片，具體 步驟為
1)通過紫外光光刻，在高聚物材料基片上制備納米或亞微米通道；
2)用紫外光輻射預處理帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片；3)在水流中，把經(jīng)過紫外光輻射預處理的帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片 貼合；
4)在低溫低壓下封合帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片，獲得高聚物納流控芯片。本發(fā)明所述的通道其深度是納米或亞微米尺度，寬度是微米尺度，長度是毫米或 厘米尺度。所述的無光膠的紫外光光刻技術是無需現(xiàn)涂光膠，采用以石英為基底的紫外光 光刻掩模檔光，進行光刻。本發(fā)明所述的紫外光光刻所采用的紫外燈是有臭氧的低壓汞燈，其中央輸出波長 為254 nm，紫外光光刻的時間是決定于所需的通道深度。本發(fā)明所述的紫外光輻射預處理所采用的紫外燈是有臭氧的低壓汞燈，其中央輸 出波長為254 nm，紫外光輻射預處理是把帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片同時放 在紫外燈下，輻射1.5-2小時。本發(fā)明所述的在低溫低壓下封合帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片是在 貼合后的基片和蓋片兩側分別用兩片彈性PDMS片和兩片玻璃片夾住，再用四個文具夾夾 緊，固定，置于45 ° C烘箱中加熱3(T40 min，進行封合，獲得高聚物納流控芯片。本發(fā)明所述的高聚物材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或聚苯乙 烯(PS)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。本發(fā)明采用無光膠光刻的方法在高聚物材料基片上直接光刻形成納米或亞微米 通道。通過紫外光輻射預處理高聚物基片和蓋片，降低封合溫度和壓力，在低于高聚物軟化 點溫度下，施加一定的低壓就可實現(xiàn)高聚物芯片的封合，避免了納米通道的塌陷問題。在純 凈水流中，把兩片經(jīng)過紫外光預處理的高聚物基片和蓋片貼合，可避免空氣中的塵埃對芯 片封接的影響，因此可以在普通實驗室中制備高聚物納流控芯片。本發(fā)明的特點是采用無 光膠的紫外光刻方法在高聚物材料基片上直接光刻形成納米或亞微米通道，以及紫外光輔 助低溫低壓封合制得高聚物納流控芯片，無須昂貴精密的儀器和特殊的設備，操作簡單；整 個芯片的制備都可以在普通化學實驗室進行，無須超凈工作室，工藝簡單易掌握，成本低。
圖1是高聚物納流控芯片的制作流程圖。圖2是PMMA基片上通道深度隨紫外光刻時間變化的曲線圖。圖3是a臺階儀側得的光刻1小時的通道剖面圖。圖中1是帶通道圖案的石英基底掩模，2是高聚物材料基片，3是帶通道的高聚物 基片，4是空白高聚物蓋片，5是流動的純凈水，6是PDMS片，7是玻璃片。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種高聚物納流控芯片的制備方法，采用無光膠的紫外光光刻技術，制 備帶有一維納米或亞微米通道高聚物材料基片；所制備的納流控芯片由兩片高聚物材料組 成一片是帶有納通道的高聚物基片，另一片是空白高聚物蓋片，采用紫外光輻射預處理帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片，在低溫低壓下封合形成高聚物納流控芯片。圖1是高聚物納流控芯片的制作流程圖，圖中以箭頭為分隔共分為五部，步驟如 下
(1)采用以帶通道圖案的石英基底掩模1檔光，進行光刻，在高聚物材料基片2上制備 納米或亞微米通道；
(2)帶通道的高聚物基片3成型；
(3)用紫外光輻射預處理帶通道的高聚物基片3和空白高聚物蓋片4；
(4)在流動的純凈水5中，把經(jīng)過紫外光輻射預處理的帶通道的高聚物基片3和空白高 聚物蓋片4貼合；
(5)在兩片貼合后的基片和蓋片兩側分別用兩片彈性PDMS片6和兩片玻璃片7夾 住，再用四個文具夾夾緊、固定。本發(fā)明中高聚物材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或聚苯乙烯 (PS)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等熱塑性高分子材料，本實施例以制備高聚物材料是 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的芯片為例作詳細說明。制備PMMA納流控芯片的步驟如下
(a)、用能產(chǎn)生臭氧的低壓汞燈作為光源，將帶通道圖案的石英基底掩模1覆蓋在 0.5-2 mm厚、3 cm X 5 cm的PMMA基片2上，然后將PMMA片置于紫外燈下光刻，制得納米 或亞微米通道，光刻時間取決于所需要的通道深度。圖2是PMMA基片上通道深度隨紫外光 刻時間變化的曲線圖，圖3是a臺階儀側得的光刻1小時的通道剖面圖，光刻條件是有臭 氧、254 nm紫外光，其輻射強度為2. 07 mW cm_1 ；
(b)、將經(jīng)過(a)處理的帶通道的PMMA基片3和同樣大小的空白PMMA蓋片4一起放在 能產(chǎn)生臭氧的低壓汞燈下，紫外光輻射預處理1. 5^2小時；
(c)、將經(jīng)過(b)處理的帶通道的PMMA基片和空白PMMA蓋片在流動的純凈水5中貼
合；
d)、在將經(jīng)(c)貼合的PMMA基片和蓋片兩側分別貼上PDMS片6和玻璃片7，并用四個 文具夾夾緊，所產(chǎn)生壓力為(1. 19 士 0.12) XlO5Pa;
(e)、把經(jīng)過(d)固定后的PMMA基片和蓋片放入烘箱中，45 ° C下保溫3(Γ40分鐘，封 合后取出后，去除兩邊的PDMS片6和玻璃片7，獲得PMMA納流控芯片。
權利要求
1.一種高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，采用無光膠的紫外光光刻技術，制備 帶有一維納米或亞微米通道高聚物材料基片(2);所制備的納流控芯片由兩片高聚物材料 組成一片是帶有納通道的高聚物基片(3)，另一片是空白高聚物蓋片(4)，采用紫外光輻 射預處理帶有通道的高聚物基片(3)和空白高聚物蓋片(4)，在低溫低壓下封合形成高聚 物納流控芯片，具體步驟為1)通過紫外光光刻，在高聚物材料基片(2)上制備納米或亞微米通道；2)用紫外光輻射預處理帶有通道的高聚物基片(3)和空白高聚物蓋片(4)；3)在水流中，把經(jīng)過紫外光輻射預處理的帶有通道的高聚物基片(3)和空白高聚物蓋 片(4)貼合;4)在低溫低壓下封合帶有通道的高聚物基片(3)和空白高聚物蓋片(4)，獲得高聚物 納流控芯片。
2.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的通道其深 度是納米或亞微米尺度，寬度是微米尺度，長度是毫米或厘米尺度。
3.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的無光膠的 紫外光光刻技術是無需現(xiàn)涂光膠，采用以石英為基底的紫外光光刻掩模檔光，進行光刻。
4.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的紫外光光 刻所采用的紫外燈是有臭氧的低壓汞燈，其中央輸出波長為254 nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的紫外光光 刻的時間是決定于所需的通道深度。
6.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的紫外光輻 射預處理所采用的紫外燈是有臭氧的低壓汞燈，其中央輸出波長為254 nm。
7.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的紫外光輻 射預處理是把帶有通道的高聚物基片(3)和空白高聚物蓋片(4)同時放在紫外燈下，輻射 1. 5-2小時。
8.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是，所述的在低溫低 壓下封合帶有通道的高聚物基片(3)和空白高聚物蓋片(4)是在貼合后的基片和蓋片兩側 分別用兩片彈性PDMS片(6)和兩片玻璃片(7)夾住，再用四個文具夾夾緊，固定，置于45 ° C烘箱中加熱3(T40 min，進行封合，獲得高聚物納流控芯片。
9.根據(jù)權利要求1所述的高聚物納流控芯片的制備方法，其特征是所述的高聚物材 料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或聚苯乙烯(PS)或聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高聚物納流控芯片的制備方法，包括高聚物基片上制備一維納米或亞微米通道的方法和封接芯片的技術，其特征是，采用無光膠的紫外光光刻技術在高聚物基片上制備納米或亞微米通道，用紫外光預處理帶有通道的高聚物基片和空白高聚物蓋片后，在低溫低壓下進行封合，獲得高聚物納流控芯片，本發(fā)明具有制備工藝簡單，成本低，成功率高的優(yōu)點。
文檔編號B81C1/00GK102001615SQ20101027060
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權日2010年9月2日
發(fā)明者何巧紅, 胡賢巧, 陳恒武 申請人:浙江大學