單面微米級薄膜微通道的制作方法
【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，屬于微流控芯片加工技術(shù)領(lǐng)域。
【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具有單面薄膜結(jié)構(gòu)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)明是基于PDMS材料加工，制作單面微米級薄膜微通道結(jié)構(gòu)的一種方法。分別通過PDMS在模板上澆筑，以及離心勻膠機對硅片甩制獲得微流控芯片的主體結(jié)構(gòu)和薄膜結(jié)構(gòu)，利用電暈機將二者鍵合，以制得單面微米級薄膜微流控芯片。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。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為單面微米級薄膜微通道的制作方法，所述基于PDMS(polydimethylsiloxane)材料加工的微尺度單面微米級薄膜通道的制作方法，包括以下步驟:
[0007]SI微結(jié)構(gòu)制作:將PDMS預(yù)制試劑澆注于帶有微通道結(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流控芯片固體結(jié)構(gòu)。
[0008]S2薄膜制備: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。由于膜層太薄，不能直接從硅片上剝離。
[0009]S3芯片鍵合:將SI中切割好的單面開口的微流控芯片固體結(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。
[0010]S4芯片取用:用刀片沿鍵合于硅片上的微流控芯片的固體結(jié)構(gòu)部分的邊緣輕輕劃開，將該部分從硅片上取下，因薄膜結(jié)構(gòu)粘合其上而被一同取下。完成單面微米級薄膜微通道的制作。
[0011]本發(fā)明可以制作單面薄膜結(jié)構(gòu)的微流控芯片，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】
[0012]圖1是本發(fā)明單面微米級薄膜微通道的制作方法的操作步驟流程圖。
[0013]圖2是本發(fā)明單面微米級薄膜微通道的薄膜取用過程示意圖。
[0014]圖3是利用本發(fā)明單面微米級薄膜微通道的制作方法制得的某一芯片的橫截面結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供下壁面為彈性薄膜壁面的T形微通道的具體制作過程，具體步驟為:
[0016]I)主體通道結(jié)構(gòu)制備過程:
[0017]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，將其澆筑到含有T形微通道凸模的硅片上，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T形微通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片的主體部分。
[0018]2)薄膜制作過程
[0019]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膜凝固形成固體彈性膜。
[0020]3)薄膜取用過程
[0021]將含有T形微通道凹槽的PDMS微流控芯片主體部分的出入口處用打孔器打孔。利用電暈機處理器將芯片主體部分中含有通道結(jié)構(gòu)的那面，以及硅片上的薄膜面處理3?5秒，然后將兩者鍵合。
[0022]將鍵合后的硅片(其上帶有芯片主體結(jié)構(gòu))置于約90度的熱板上加熱約15分鐘。然后用刀片沿芯片主體結(jié)構(gòu)的邊緣輕輕劃開，將芯片主體結(jié)構(gòu)取下，此時薄膜已經(jīng)附著在芯片主體結(jié)構(gòu)上，單面薄膜的微通道制作完成。
【主權(quán)項】
1.單面微米級薄膜微通道的制作方法，其特征在于:該方法包括以下步驟， SI微結(jié)構(gòu)制作:將PDMS預(yù)制試劑澆注于帶有微通道結(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流控芯片固體結(jié)構(gòu)； S2薄膜制備:將PDMS試劑放于硅片上甩制形成薄層膠質(zhì)膜；其中，薄層膠質(zhì)膜的厚度與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；由于膜層太薄，不能直接從硅片上剝離； S3芯片鍵合:將SI中切割好的單面開口的微流控芯片固體結(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； S4芯片取用:用刀片沿鍵合于硅片上的微流控芯片的固體結(jié)構(gòu)部分的邊緣輕輕劃開，將該部分從硅片上取下，因薄膜結(jié)構(gòu)粘合其上而被一同取下；完成單面微米級薄膜微通道的制作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單面微米級薄膜微通道的制作方法，其特征在于: 1)主體通道結(jié)構(gòu)制備過程: 將PDMS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，將其澆筑到含有T形微通道凸模的硅片上，并放于溫度為65°C的烘箱中I小時左右，使其凝固JfPDMS凝固之后，將其從硅片模板上揭下，并切割出帶有完整T形微通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片的主體部分； 2)薄膜制作過程 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膜凝固形成固體彈性膜； 3)薄膜取用過程 將含有T形微通道凹槽的PDMS微流控芯片主體部分的出入口處用打孔器打孔；利用電暈機處理器將芯片主體部分中含有通道結(jié)構(gòu)的那面，以及硅片上的薄膜面處理3?5秒，然后將兩者鍵合； 將鍵合后的硅片，其中硅片上帶有芯片主體結(jié)構(gòu)，置于約90度的熱板上加熱約15分鐘；然后用刀片沿芯片主體結(jié)構(gòu)的邊緣輕輕劃開，將芯片主體結(jié)構(gòu)取下，此時薄膜已經(jīng)附著在芯片主體結(jié)構(gòu)上，單面薄膜的微通道制作完成。
【專利摘要】單面微米級薄膜微通道的制作方法，該方法利用PDMS預(yù)制劑的流動特性，將其用勻膠機甩制形成涂覆于硅片表面的液態(tài)薄膜，然后將其加熱凝固，制備得到的附著于硅片上的固體薄膜。通過將含有通道結(jié)構(gòu)的PDMS芯片的主體部分鍵合在帶有薄膜的硅片上的方法，利用芯片主體結(jié)構(gòu)和薄膜之間的粘連將薄膜從硅片上取用。以得到單面微米級薄膜的微尺度通道。所涉及的制作方法和處理方法成熟，安全性和可靠性可以得到保證，并且操作過程相對簡單。
【IPC分類】B81C3/00, B81C1/00
【公開號】CN105129722
【申請?zhí)枴緾N201510379966
【發(fā)明人】劉趙淼, 逄燕, 王翔
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月1日