專利名稱：沉陷銅電極電化學(xué)微流控芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聚合物芯片制作技術(shù)領(lǐng)域和分析檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種沉陷Cu電極電化學(xué)微流控芯片的制備方法，用于電化學(xué)微流控芯片的制作。
背景技術(shù)：
微流控芯片是目前微全分析系統(tǒng)(μ-TAS)的研究重點(diǎn)之一，它借助于微細(xì)加工技術(shù)，制作以微管道網(wǎng)絡(luò)為主的微型結(jié)構(gòu)，通過對流體的控制，實(shí)現(xiàn)對生物樣品集成處理和分析。微流控芯片的檢測方法主要有激光誘導(dǎo)熒光、質(zhì)譜和電化學(xué)檢測三種(R.Scott Martin，et al，Anal.Chem.，2000，72，3196-3204)。由于可以將微電極集成到芯片上，因此此類芯片為微全分析系統(tǒng)進(jìn)一步集成化和微型化提供了一條嶄新的思路，設(shè)備的小型化和廢物的微量化使其順應(yīng)了“綠色分析化學(xué)”的發(fā)展趨勢(Joseph Wang，et al，Analytica Chimica Acta，2000，416，9-14)。這種方法的核心技術(shù)在于電化學(xué)微流控芯片的制備。制作此類芯片的材料主要有硅、玻璃、有機(jī)聚合物和硅橡膠幾類，有機(jī)聚合物材料，例如PMMA與硅和玻璃相比，材料價(jià)格便宜，品種多，芯片制作工藝簡單，批量生產(chǎn)成本低(Holger Becker，et al，Talanta，2002，56，267-287)，與硅橡膠相比，其電滲流特性優(yōu)秀，因此近年來此類材料制作的微流控芯片在分析化學(xué)等領(lǐng)域引起了關(guān)注。
電化學(xué)微流控芯片微電極材料通常是Pt、Au等貴金屬(B.Graβ，et al，Sensorsand Actuators B，2001，72，249-258，Nicole E.Hebert，et al，Anal.Chem.2003，75，2969-2975)，為了提高貴金屬與玻璃或聚合物基底的結(jié)合力，需要在它們之間增加中間層，例如Cr，因此濕法腐蝕時(shí)需要腐蝕電極和中間層兩種材料獲得微電極，工藝過程復(fù)雜，而且貴金屬電極成本較高，不能滿足一次性使用要求，重復(fù)使用時(shí)需要清洗微通道和微電極，如處理不當(dāng)，容易對被檢測樣品造成污染。
由于聚合物熱鍵合的變形量較大，達(dá)到10-20μm，因此采用熱鍵合的方法封接電化學(xué)芯片時(shí)，平面微電極變形斷裂，導(dǎo)致芯片制作失敗。通常微電極聚合物電化學(xué)芯片的鍵合采用膠粘的工藝方法(B.Graβ，et al，Sensors andActuators B，2001，72，249-258)，由于微通道容易被膠堵塞，此方法成功率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作Cu電極電化學(xué)微流控芯片的方法，采用Cu替代貴金屬微電極可以降低芯片成本，同時(shí)Cu與基底材料PMMA的結(jié)合力良好，避免了中間層的使用，簡化了工藝步驟；采用熱鍵合方式封接芯片，可防止微通道堵塞，制作沉陷微電極替代平面微電極，解決了微電極封接時(shí)的斷裂問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下1.利用光刻、硅腐蝕或UV-LIGA工藝將微通道和微電極圖形以及對準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)轉(zhuǎn)移到硅片和金屬片上，獲得熱壓模具；2.采用熱壓的方法將微通道復(fù)制到PMMA基片上，熱壓溫度100℃，壓力0.7Mpa，保持時(shí)間6min；3.采用熱壓后濺射、套刻和濕法腐蝕在PMMA上獲得沉陷微電極。熱壓溫度100℃，壓力1.4Mpa，保持時(shí)間6min；利用射頻濺射臺濺射200nm厚的Cu；旋涂光刻膠，利用PMMA和掩膜上的標(biāo)記點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)套刻；在5％(wt)硝酸溶液中刻蝕Cu；采用二次曝光、顯影的方法去除Cu微電極表面的光刻膠，獲得沉陷的Cu微電極；
4.利用顯微視覺對準(zhǔn)帶有微通道和微電極的兩片PMMA上的標(biāo)記點(diǎn)，從而有效保障微通道出口與微電極之間的距離，采用熱鍵合的方式將帶有微通道和微電極的兩片PMMA封接，得到芯片。鍵合溫度100℃，壓力0.7Mpa，保持時(shí)間10min。
本發(fā)明的效果和益處是采用Cu替代貴金屬微電極集成于微流控芯片上，簡化了工藝步驟，降低芯片成本；制作沉陷微電極解決了芯片熱鍵合時(shí)電極的斷裂問題，提高了芯片制作成品率。此類芯片可應(yīng)用于生化分析中的糖類檢測。


圖1是沉陷Cu電極電化學(xué)微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.緩沖液進(jìn)樣池；2.樣品進(jìn)樣池；3.樣品廢液池；4.微通道；5.緩沖液廢液池。
圖2是沉陷Cu電極電化學(xué)微流控芯片緩沖液廢液池局部放大圖。
圖中5.緩沖液廢液池；6.微通道出口；7.微電極。
圖3是沉陷Cu電極示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
步驟1.熱壓模具制備將硅片放入H2O2∶H2SO4＝1∶3溶液煮至冒煙10min后去離子水沖洗15min，烘干后獲得疏水性表面；處理后的硅片置于ZKLS-2A雙管擴(kuò)散爐，加熱溫度至1180℃，保持3.5小時(shí)，在硅表面獲得厚度為1μm的二氧化硅掩蔽膜。在硅片上均勻地涂覆BP212光刻膠，預(yù)旋涂時(shí)間5s，旋涂時(shí)間為30s，預(yù)旋涂速度500rpm，旋涂速度為3000rpm；前烘BP212光刻膠在80℃的烘箱中進(jìn)行，時(shí)間為20min；冷卻后在BGJ-3型光刻機(jī)上曝光，在I線的光強(qiáng)為0.97mw/cm2的情況下，曝光時(shí)間為35s；在0.5％(wt)NaOH溶液中顯影，顯影液溫度為25℃，顯影時(shí)間為15s，掩膜的圖形至此就精確地復(fù)制到了硅片上。
接下來進(jìn)行的是硅片的濕法腐蝕。先去除二氧化硅掩蔽膜，腐蝕條件為HNO3∶HF∶H2O＝40∶20∶40(體積比)，常溫腐蝕，腐蝕時(shí)間為5min。硅各項(xiàng)異性腐蝕的腐蝕條件為73℃，腐蝕液為KOH∶IPA∶H2O＝40g∶30ml∶100ml，腐蝕速度為0.4μm/min。微通道熱壓模具的圖形高度為60μm，微電極熱壓模具的圖形高度為10μm。
步驟2.熱壓復(fù)制微通道和微電極去離子水清洗后的PMMA基片(20×50mm)和硅微通道模具置于熱壓機(jī)上，熱壓溫度100℃，壓力0.7Mpa，保持時(shí)間6min，復(fù)制微通道；另一片清洗后的PMMA基片(50×50mm)和微電極模具置于熱壓機(jī)上，熱壓溫度100℃，壓力1.4Mpa，保持時(shí)間6min。
步驟3.沉陷Cu微電極制備用射頻濺射臺濺射200nm厚的Cu；旋涂光刻膠BP212，利用PMMA和掩膜上的標(biāo)記點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)套刻，光刻條件同硅模具圖形光刻條件；在5％(wt)硝酸溶液中刻蝕Cu；為了去除Cu表面的光刻膠，二次曝光(在I線的光強(qiáng)為0.97mw/cm2的情況下，曝光時(shí)間為50s)之后在0.5％(wt)的NaOH溶液中顯影去除Cu微電極表面的光刻膠，獲得沉陷的Cu微電極。
步驟4.熱鍵合芯片利用顯微鏡視覺對準(zhǔn)帶有微通道和微電極的兩片PMMA上的標(biāo)記點(diǎn)，從而有效保障微通道出口與微電極之間的距離，將帶有微通道和微電極的兩片PMMA對準(zhǔn)后放置于熱壓機(jī)上，鍵合溫度100℃，壓力0.7Mpa，保持時(shí)間10min。得到沉陷Cu電極的電化學(xué)微流控芯片。
權(quán)利要求
1.一種沉陷銅電極電化學(xué)微流控芯片的制備方法，其特征在于包括如下步驟a)采用Cu制作微工作電極材料，集成于微流控芯片上；b)采用熱壓、濺射、套刻和濕法腐蝕在聚甲基丙烯酸甲酯基片上獲得沉陷Cu微電極熱壓溫度100℃，壓力1.4Mpa，保持時(shí)間6min；利用射頻濺射臺濺射200nm厚的Cu；旋涂光刻膠，利用聚甲基丙烯酸甲酯基片和掩膜上的標(biāo)記點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)套刻；在5％(wt)硝酸溶液中刻蝕Cu；采用二次曝光、顯影的方法去除Cu微電極表面的光刻膠，獲得沉陷的Cu微電極。
全文摘要
一種沉陷Cu電極電化學(xué)微流控芯片的制備方法，屬于聚合物芯片制作技術(shù)領(lǐng)域和分析檢測技術(shù)領(lǐng)域，用于電化學(xué)微流控芯片的制作。其方法是利用微通道模具熱壓聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片獲得微通道；微電極模具熱壓另一片PMMA獲得微電極沉陷，在此PMMA上濺射Cu，利用套刻和濕法腐蝕工藝制作出沉陷的Cu微電極；采用熱鍵合的方式將兩片PMMA封接，獲得沉陷Cu電極電化學(xué)微流控芯片。本發(fā)明的效果和益處是采用熱壓、濺射、套刻和濕法腐蝕的方法獲得沉陷的Cu電極，將Cu電極集成于微流控芯片上，提高了芯片制作的成品率，同時(shí)采用Cu作為電化學(xué)檢測的工作電極材料大大降低了芯片成本。此類芯片可廣泛應(yīng)用于生化分析中的糖類檢測。
文檔編號G01N27/327GK1641346SQ20041008284
公開日2005年7月20日 申請日期2004年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者羅怡, 王曉東, 劉軍山, 劉沖, 王立鼎, 杜立群 申請人:大連理工大學(xué)