CN104708800A - 制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法 - Google Patents

制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法 Download PDF

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Abstract

一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其至少包括如下步骤：制作硬质模板，所述硬质模板的一侧形成第一压印图形；在所述硬质模板的第一压印图形一侧涂覆液态的聚二甲基硅氧烷，烘烤并固化所述液体聚二甲基硅氧烷得到聚二甲基硅氧烷，将固化的聚二甲基硅氧烷与所述硬质模板分离，得到软模板，所述软模板具有与第一压印图形互补的第二压印图形；以及在所述软模板上对热塑性材料进行热压印，从而得到具有第一压印图形的微流控芯片。本发明提供的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，具有制作价格低廉、精度高、周期短、工序简单、易于控制且可以快速批量制备等优点，满足了使用要求。

Description

制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法
技术领域
本发明涉及材料领域，尤其涉及一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法。
背景技术
微流控芯片技术是20世纪90年代发展起来的一种具有深远的影响力的技术，经过十几年的发展，微流控芯片已经在生化分析领域得到了广泛应用。目前，微流控芯片的制作材料主要有硅、玻璃、塑料、陶瓷和硅橡胶等，而环烯烃类聚合物（Cyclic Olefin Copolymer or Polymer，COC or COP）由于其机械性优良、耐热性好、化学性能稳定、高光学透光率等特点，在微流控芯片的制作上更具有优势。
制作聚合物微流控芯片的方法主要有热模压、微机械加工法、注塑、激光烧蚀和LIGA技术等多种方法。其中热模压技术以其模压材料更换方便、加工成型简单、生产周期短等优点，成为极具应用潜力的加工技术。热模压技术中最关键的是模具的制造，传统的模具主要包括硅模具、金属模具和玻璃模具。其中硅模具的质地较脆，在模压中很容易破裂，因而使用寿命不长；而通过微机电加工工艺制备的金属模具，工艺加工周期长，成本高，精度小，并且在其电铸制备工艺中使用的环氧负性刻印胶与衬底的结合力差，在电铸的过程中容易脱落，而且在电铸后脱模时刻印胶难以去除彻底，容易对模具表面形成损伤；玻璃模具由于受限于玻璃加工工艺，不能制作较深的模具，且玻璃模具由于玻璃各向同性腐蚀的特点，很难精确的控制结构。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其利用聚二甲基硅氧烷作为热模压的模具，制做具有微纳结构的微流控芯片，所述制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法具有制作价格低廉、精度高、周期短、工序简单且易于控制等优点，满足了使用要求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其至少包括如下步骤：
制作硬质模板，所述硬质模板的一侧形成第一压印图形；
在所述硬质模板的第一压印图形一侧涂覆液态聚二甲基硅氧烷，烘烤并固化所述液体聚二甲基硅氧烷得到聚二甲基硅氧烷，将固化的聚二甲基硅氧烷与所述硬质模板分离，得到软模板，所述软模板具有与第一压印图形互补的第二压印图形；以及
在所述软模板上对热塑性材料进行热压印，从而得到具有第一压印图形的微流控芯片。
其中，所述第一压印图形及第二压印图形包括微纳结构，所述微纳结构的尺寸大于等于50纳米且小于等于1毫米。
其中，所述硬质模板的制作方法包括:
提供衬底层；
在所述衬底层表面形成刻印层；以及
对所述刻印层进行刻蚀，形成第一压印图形，得到所述硬质模板。
其中，所述刻印层的材料为光刻胶，所述衬底层的材料为硅，对所述刻印层进行蚀刻的方法为电子束刻蚀法、光刻法或湿法刻蚀法。
其中，在所述制作硬质模板之后，还包括对所述硬质模板进行硅烷化处理，以降低所述液态聚二甲基硅氧烷对所述硬质模板的黏附性。
其中，所述液态聚二甲基硅氧烷由硅树脂和固化剂混合并充分搅拌均匀后进行真空除气泡处理获得。
其中，所述固化剂为硅烷偶联剂。
其中，所述真空除气泡处理为，将充分搅拌后的硅树脂和固化剂混合物置于真空箱中，抽真空后静置。
其中，所述热塑性材料为环烯烃类聚合物。
本发明实施例提供的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，在所述硬质模板的刻印层上形成了微纳尺寸的第一压印图形，并通过在所述硬质模板的第一压印图形一侧涂覆液态聚二甲基硅氧烷，烘烤并固化后获得了具有与第一压印图形互补的第二压印图形的软模板，最后在所述软模板上对热塑性材料进行热压印，从而得到具有第一压印图形的微流控芯片。本发明实施例提供的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，具有制作价格低廉、精度高、周期短、工序简单、易于控制且可以快速批量制备等优点，满足了使用要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的制作硬质模板的示意图。
图3是本发明实施例提供的软模板的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的微流控芯片的结构示意图。
图5是图4所示的微流控芯片的局部显微图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参阅图1及图2，本发明实施例提供一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其至少包括如下步骤。
S101，制作硬质模板30，所述硬质模板30的一侧形成第一压印图形。
在本实施例中，所述硬质模板30的制作方法包括如下步骤：
首先，提供衬底层10。其中，所述衬底层10可为硅片，其可为所述硬质模板30提供支撑。
然后，在所述衬底层10表面形成刻印层20。其中，所述刻印层20可为光刻胶，所述光刻胶涂覆于所述衬底层10的一个侧面上。
最后，对所述刻印层20进行刻蚀，形成第一压印图形，得到所述硬质模板30。其中，对所述刻印层20进行蚀刻的方法为电子束刻蚀法、光刻法或湿法刻蚀法。在本发明的实施例中，可以采用光刻法中的光敏胶光刻、电子束刻写或聚焦离子束直写的方法在所述刻印层20上形成了所述第一压印图形。
S102，对所述硬质模板30进行硅烷化处理。
请一并参阅图3，由于制作软模板40时需要将液体聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）涂覆于所述硬质模板30上，为了降低所述液态PDMS对所述硬质模板30黏附性，则需要对所述硬质模板30表面进行硅烷化处理，具体为，将所述硬质模板30置于玻璃皿中，在所述硬质模板30具有第一压印图形的一侧滴加2～4微升的三甲基氯硅烷，盖上玻璃皿盖子，放置大约3分钟。
S103，在所述硬质模板30的第一压印图形一侧涂覆所述液态PDMS，烘烤并固化所述液态PDMS得到固化的PDMS，将固化的PDMS与所述硬质模板30分离，得到所述软模板40，所述软模板40具有与第一压印图形互补的第二压印图形。
所述液态PDMS可由硅树脂和固化剂按混合并充分搅拌均匀后进行真空除气泡处理获得，所述硅树脂与所述固化剂的质量比可以为10:1。其中，所述硅树脂为具有高度交联网状结构的聚有机硅氧烷，所述固化剂为硅烷偶联剂。由于所述硅树脂与所述固化剂本身可能含有气泡，或者在搅拌过程中混入气泡，这些气泡在制作所述软模板40时会影响最后形成的压印图形的精度，因而需要进行真空除气泡处理，具体为，将混合并充分搅拌后的硅树脂和固化剂置于真空箱中，抽真空至真空箱内部压强至低于110Pa后静置大约5分钟。之后将经过真空除气泡处理的液态PDMS涂覆于所述硬质模板30具有第一压印图形的一侧，接着将涂覆有液态PDMS的硬质模板30放入恒温烘箱，设置恒温烘箱温度大致为80℃，经过预定的烘烤时间后即可得到固化的PDMS。将固化的PDMS与所述硬质模板30分离，得到所述软模板40，且所述软模板40上具有与所述第一压印图形互补的第二压印图形。
S104，在所述软模板40上对热塑性材料进行热压印，从而得到具有与第一压印图形相同的微流控芯片50。
请一并参阅图4，具体为，热塑性材料与所述软模板40夹在热压成型机上，设置预定的压印温度、压力及压印时间，由于所述热塑性材料在高于其玻璃转化温度（Tg）时将软化，将热压成型机的温度加至高于所述热塑性材料的Tg温度，同时施加一定的压力，则所述热塑性材料的表面将形成与所述软模板40上的第二压印图形互补的压印图形，即所述第一压印图形。经过预定的压印时间后，降低温度并将热塑性材料与所述软模板40分离，即可得到具有第一压印图形的微流控芯片50。其中，所述热塑性材料可为环烯烃类聚合物（Cyclic OlefinCopolymer or Polymer，COC or COP），所述压印温度为80℃～150℃，所述压印时间为30秒～5分钟。请一并参阅图5，图5为所述微流控芯片50的局部显微图，在本发明的实施例中，所述微流控芯片50上具有微流道等微纳结构，所述微纳结构的尺寸大于等于50nm且小于等于1毫米。
综上所述，本发明实施例提供了一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，所述制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法在所述硬质模板30的刻印层10上形成了微纳尺寸的第一压印图形，并通过在所述硬质模板30的第一压印图形一侧涂覆液态PDMS，烘烤并固化后获得了具有与第一压印图形互补的第二压印图形的软模板40，最后在所述软模板40上对热塑性材料进行热压印，从而得到具有第一压印图形的微流控芯片50。本发明实施例提供的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，具有价格低廉、精度高、周期短、工序简单、易于控制且可以快速批量制备等优点，满足了使用要求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法至少包括如下步骤：
制作硬质模板，所述硬质模板的一侧形成第一压印图形；
在所述硬质模板的第一压印图形一侧涂覆液态聚二甲基硅氧烷，烘烤并固化所述液体聚二甲基硅氧烷得到聚二甲基硅氧烷，将固化的聚二甲基硅氧烷与所述硬质模板分离，得到软模板，所述软模板具有与第一压印图形互补的第二压印图形；以及
在所述软模板上对热塑性材料进行热压印，从而得到具有第一压印图形的微流控芯片。
2.根据权利要求1所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述第一压印图形及第二压印图形包括微纳结构，所述微纳结构的尺寸大于等于50纳米且小于等于1毫米。
3.根据权利要求1所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述硬质模板的制作方法包括:
提供衬底层；
在所述衬底层表面形成刻印层；以及
对所述刻印层进行刻蚀，形成第一压印图形，得到所述硬质模板。
4.根据权利要求3所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述刻印层的材料为光刻胶，所述衬底层的材料为硅，对所述刻印层进行蚀刻的方法为电子束刻蚀法、光刻法或湿法刻蚀法。
5.根据权利要求1所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，在所述制作硬质模板之后，还包括对所述硬质模板进行硅烷化处理，以降低所述液态聚二甲基硅氧烷对所述硬质模板的黏附性。
6.根据权利要求1所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述液态聚二甲基硅氧烷由硅树脂和固化剂混合并充分搅拌均匀后进行真空除气泡处理获得。
7.根据权利要求6所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述固化剂为硅烷偶联剂。
8.根据权利要求6所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述真空除气泡处理为，将充分搅拌后的硅树脂和固化剂混合物置于真空箱中，抽真空后静置。
9.根据权利要求1所述的制作环烯烃类聚合物微流控芯片中微纳结构的软压印方法，其特征在于，所述热塑性材料为环烯烃类聚合物。
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