下壁面內(nèi)凹的微通道的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于PDMS (polydimethylsiloxane)材料加工的微尺度單面微米級薄膜通道的制作方法，利用PDMS材料由膠狀液體通過烘烤逐漸凝固成為固體的特性，通過勻膠機制備PDMS材質(zhì)的薄膜并將其鍵合于微通道主體結(jié)構(gòu)之上，形成單面薄膜結(jié)構(gòu)的微尺度通道。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著小尺度化學(xué)、醫(yī)學(xué)或生物分析系統(tǒng)的大力發(fā)展，涉及微全分析系統(tǒng)(micrototal analysis ayatems，μ TAS)或芯片實驗室(lab-on-a-chip)的各種類型的微流控設(shè)備和結(jié)構(gòu)被廣泛設(shè)計和研究，因而出現(xiàn)了各種應(yīng)用于不同背景下的微流控芯片。微尺度制造技術(shù)的高度發(fā)展為微尺度流動的研究和應(yīng)用提供了充分的技術(shù)支持，比如光刻以及激光刻蝕等技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)微米級結(jié)構(gòu)的制作等，表面處理技術(shù)的發(fā)展能夠完成不同結(jié)構(gòu)之間的鍵合，基于此各種新型的流動和控制結(jié)構(gòu)可以從設(shè)計轉(zhuǎn)化為成品制造。
[0003]PDMS材料以其較高的可塑性和適應(yīng)性以及較低制作成本的優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于微流控芯片的制作中。PDMS的液態(tài)形式使其能夠較好地填充于微結(jié)構(gòu)模板，完整地復(fù)制微尺度結(jié)構(gòu)的各個細節(jié)，凝固后的彈性軟材料特質(zhì)有助于將其從模板中完好地剖離，以得到微流控芯片結(jié)構(gòu)，進而將其鍵合于基底上形成微流控芯片。利用離心原理的勻膠技術(shù)可以將液體涂覆于硅片上，較為簡易地形成微米級薄膜，該方法在微流控芯片模板的光刻過程中被廣泛應(yīng)用。
[0004]基于微流控芯片的設(shè)計需要，以及現(xiàn)有PDMS加工技術(shù)在微流控芯片制作過程中的成熟應(yīng)用，為制作得到特性效果的下壁面內(nèi)凹的微流控芯片實驗?zāi)Ｐ?，嘗試將各種加工方式有益結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是一種以PDMS為材質(zhì)，在側(cè)壁面指定位置加工指定長度內(nèi)凹結(jié)構(gòu)微通道的方法。通過在模板上澆筑PDMS生成基準通道，利用離心勻膠機在硅片上甩制獲得PDMS薄膜，利用電暈機將二者鍵合，再將帶有矩形凹槽的PDMS固體塊鍵合到薄膜的另一側(cè)，通過矩形凹槽的入口注入液態(tài)PDMS使得薄膜向通道內(nèi)部變形，放置加熱板上逐漸凝固，最終生成下壁面內(nèi)凹的微尺度通道，而且內(nèi)凹結(jié)構(gòu)的長度和位置可以分別通過改變凹槽的尺寸和鍵合位置來控制。
[0006]本發(fā)明所述基于材質(zhì)為PDMS(polydimethylsiloxane)的微尺度下壁面內(nèi)凹通道的制作方法，包括以下步驟:
[0007]I)制作微通道和凹槽:將PDMS預(yù)制試劑分別澆注于帶有微通道結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)的模板上，然后放于烘箱中烘烤使PDMS凝固。將凝固后的PDMS揭下并切割獲得單面開口的微通道固體結(jié)構(gòu)和帶凹槽結(jié)構(gòu)的固體塊。用打孔器在微通道設(shè)計的出入口處以及凹槽的對角分別打一個通孔，其中一個為凹槽入口 1，另一個為凹槽出口 2。
[0008]2)制備薄膜:將PDMS試劑放于硅片上甩制形成薄層膠質(zhì)膜(膜厚與PDMS預(yù)制試劑的配合比例以及甩膠機的轉(zhuǎn)速有關(guān))，最后放于烘箱中使膠質(zhì)膜凝固形成固體彈性膜。
[0009]3)鍵合芯片:將I)中切割好的單面開口的微通道固體結(jié)構(gòu)利用電暈機處理后鍵合于帶有薄膜的硅片上，并輕微按壓以確保二者貼合充分，然后放于溫度約為90°C的熱板上烘烤10?20分鐘，然后用刀片沿微通道固體塊的邊緣輕輕劃開，將劃開后的薄膜部分一同取下，得到單面帶薄膜的微通道。
[0010]4)鍵合凹槽:將I)切割好的帶有凹槽結(jié)構(gòu)的PDMS固體塊鍵合在3)中單面帶膜微通道中薄膜的另一面，凹槽的位置與通道中設(shè)計要向外凸的位置對齊，同樣輕壓確保二者充分貼合，然后放置在溫度約為90°C的熱板上烘烤10?20分鐘。
[0011]5)注入液態(tài)PDMS:將調(diào)好未凝固的液態(tài)PDMS從凹槽入口 I緩慢注入到凹槽中，排空存留的空氣從凹槽出口 2流出，持續(xù)擠壓注入液態(tài)PDMS1-5分鐘。薄膜在液態(tài)PDMS的作用下向外(即通道一側(cè))鼓出變形，造成通道下壁面向內(nèi)凹。
[0012]6)加熱凝固:將整個結(jié)構(gòu)放置于溫度約為90°C的熱板上烘烤15分鐘左右，最后凝固生成下壁面內(nèi)凹的微尺度通道。
[0013]本發(fā)明可以制作下壁面內(nèi)凹的微尺度通道，所涉及的制作和處理方法成熟，可靠性可以得到保證，并且操作過程簡單。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明下壁面內(nèi)凹的微尺度通道的制作方法的操作步驟流程圖。
[0015]圖2是本發(fā)明下壁面內(nèi)凹的微尺度通道的擠壓下壁面內(nèi)凹的過程示意圖。
[0016]圖3是利用本發(fā)明下壁面內(nèi)凹的微尺度通道的制作方法制得某一芯片的橫截面結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖中:1、凹槽入口，2、凹槽出口。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供下壁面內(nèi)凹的微尺度通道的具體制作過程，具體步驟為:
[0019]I)主體通道結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)的制備過程
[0020]將PDMS(聚二甲基硅氧烷)主劑和凝固劑按照10:1的比例混合均勻，然后將該試劑置于常溫真空環(huán)境中約40?60分鐘，直至氣泡全部析出為止，將其分別澆筑到含有微通道結(jié)構(gòu)凸模和含有凹槽結(jié)構(gòu)凸模的硅片上，并放于溫度為65°C的烘箱中I小時左右，使其凝固。待PDMS凝固之后，將其從硅片模板上揭下，并切割出帶有完整微通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片的主體部分和帶有凹槽結(jié)構(gòu)的固體塊部分。用打孔器在微通道設(shè)計的出入口處以及凹槽的對角(一個用作入口，另一個用作出口)分別打一個通孔。
[0021]2)薄膜制作過程
[0022]與上面步驟相同，配制PDMS混合試劑并置于常溫真空環(huán)境中析出氣泡。將干凈的空白硅片置于離心勻膠機上，然后將PDMS混合試劑倒在硅片中央并開啟勻膠機，使PDMS試劑被甩制形成液態(tài)膜附著于硅片上，將帶有液膜的硅片放于烘箱中使PDMS液態(tài)膜凝固形成固體彈性膜。
[0023]3)薄膜與微通道結(jié)構(gòu)的鍵合過程
[0024]由于薄膜厚度太小難以直接取用，利用電暈機處理器將芯片主體部分中含有通道結(jié)