CN104998701B - 利用凹槽实现下底面可动的微通道的制作方法 - Google Patents

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Abstract

利用凹槽实现下底面可动的微通道的制作方法，本方法是一种以PDMS为材质，制作在下壁面指定位置实现指定长度可变形的微通道结构的方法。通过在凸模板上浇筑PDMS生成含有微通道结构的微流控芯片主体部分，将硅片上甩制获得的PDMS薄膜键合到主体部分上通道开口一侧，再将带有矩形凹槽的PDMS块键合到薄膜的另一侧，通过矩形凹槽为薄膜提供变形的空间，实现通道下壁面可动，而且变形的位置和长度可以分别通过调整凹槽的键合位置和尺寸来控制。本方法可以利用凹槽实现微尺度通道下底面的变形，所涉及的制作和处理方法成熟，可靠性可以得到保证，并且操作过程简单。

Description

利用凹槽实现下底面可动的微通道的制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于微尺度凹槽的PDMS(polydimethylsiloxane)底部可动的微通道的制作方法，基于微尺度薄膜的制作和取用方法，利用PDMS凹槽的长度和键合位置来实现微尺度通道底部指定长度和指定位置的可动。
背景技术
随着小尺度化学、医学或生物分析***的大力发展，涉及微全分析***(micrototal analysis ayatems，μTAS)或芯片实验室(lab-on-a-chip)的各种类型的微流控设备和结构被广泛设计和研究，因而出现了各种应用于不同背景下的微流控芯片。微尺度制造技术的高度发展为微尺度流动的研究和应用提供了充分的技术支持，比如光刻以及激光刻蚀等技术能够实现微米级结构的制作等，表面处理技术的发展能够完成不同结构之间的键合，基于此各种新型的流动和控制结构可以从设计转化为成品制造。
PDMS材料以其较高的可塑性和适应性以及较低制作成本的优势，被广泛地应用于微流控芯片的制作中。PDMS的液态形式使其能够较好地填充于微结构模板，完整地复制微尺度结构的各个细节，凝固后的弹性软材料特质有助于将其从模板中完好地剖离，以得到微流控芯片结构，进而将其键合于基底上形成微流控芯片。利用离心原理的匀胶技术可以将液体涂覆于硅片上，较为简易地形成微米级薄膜，该方法在微流控芯片模板的光刻过程中被广泛应用。但是现有技术制得的大都为底部固定的微通道芯片，较少涉及微通道下底面可动的制作技术相关研究。
基于微流控芯片的设计需要，以及现有PDMS加工技术在微流控芯片制作过程中的成熟应用，为制作得到下底面可动的微流控芯片实验模型，尝试将现有加工方式有益结合并进行改进。
发明内容
本发明是一种以PDMS为材质，制作在下壁面指定位置实现指定长度可变形的微通道结构的方法。通过在凸模板上浇筑PDMS生成含有微通道结构的微流控芯片主体部分，将硅片上甩制获得的PDMS薄膜键合到主体部分上通道开口一侧，再将带有矩形凹槽的PDMS块键合到薄膜的另一侧，通过矩形凹槽为薄膜提供变形的空间，实现通道下壁面可动，而且变形的位置和长度可以分别通过调整凹槽的键合位置和尺寸来控制。
本方法所述基于材质为PDMS(polydimethylsiloxane)来加工下壁面可变形的微尺度通道的制作方法，包括以下步骤：
1)制作微通道：将PDMS主剂和凝固剂混合后的预制试剂浇注于带有微通道结构的模板上，模板上设有对准槽a(1)；然后放于烘箱中烘烤使PDMS凝固。将凝固后的PDMS揭下并切割获得单面开口带对准槽a(1)的微尺度通道固体结构。
2)制备薄膜：利用匀胶机，将PDMS试剂放于硅片上甩制形成薄层胶质膜，最后放于烘箱中烘烤1个小时使胶质膜凝固形成固体弹性膜。
3)键合薄膜：将步骤1)中切割好的微尺度通道开口和步骤2)中固体弹性膜的外表面分别利用电晕机处理后键合在一起，轻微按压以确保二者贴合充分，然后放在温度约为90℃的热板上烘烤10～20分钟，用刀片沿微通道芯片的边缘划开，将划开部分一同取下，得到单面带薄膜的微通道芯片。
4)键合凹槽：使用与步骤1)相同的方法制得带凹槽结构的固体块，带凹槽结构的固体块上设有对准槽b(2)；将固体块上的凹槽一面与步骤3)中取下的薄膜的另一面键合在一起，利用显微镜将带对准槽b(2)和对准槽a(1)按照设定的方向重合，以实现指定位置可变，同样轻压确保二者充分贴合，然后放置在温度约为90℃的热板上烘烤10～20分钟。
本发明可以利用凹槽实现微尺度通道下底面的变形，所涉及的制作和处理方法成熟，可靠性可以得到保证，并且操作过程简单。
附图说明
图1是本发明下底面可动的微尺度通道的制作方法的操作步骤流程图。
图2是本发明下底面可动的微尺度通道的凹槽键合过程示意图。
图3是利用本发明下底面可动的微尺度通道的制作方法制得的某一芯片的横截面结构图。
图中：1、对准槽a，2、对准槽b。
具体实施方式
下面结合本发明的内容提供利用凹槽实现微尺度通道底部薄膜变形的具体制作过程，具体步骤为：
1)对准槽的设计
在凸模版上，微通道下壁面预设可动位置旁边以及凹槽块旁边相应位置设计小矩形块用作对准槽a(1)，以利用凹槽空间来实现微通道下壁面的指定位置可动。
2)主体通道结构制备过程
将PDMS(聚二甲基硅氧烷)主剂和凝固剂按照10:1的比例混合均匀，置于常温真空环境中析出全部气泡，将其浇筑到含有微尺度通道凸模的硅片上，并放于温度为65℃的烘箱中1小时左右，使其凝固。待PDMS凝固之后，将其从硅片模板上揭下，并切割出带有完整微通道结构的微流控芯片的主体部分。
3)薄膜制作过程
与2)中步骤相同，配制PDMS混合试剂并析出气泡。将空白硅片置于离心匀胶机上，然后将PDMS混合试剂倒在硅片中央并开启匀胶机，使PDMS试剂被甩制形成均匀液态膜附着于硅片上，将带有液膜的硅片放于烘箱中1小时使液膜凝固形成固体弹性膜。
4)薄膜键合过程
由于膜层太薄，不能直接从硅片上剥离。将含有微通道结构的PDMS微流控芯片主体部分的出入口处用打孔器打孔。利用电晕机处理器将芯片主体部分中含有通道结构的开口面，以及硅片上的薄膜面处理3～5秒，然后将两者键合。
将键合后的硅片(其上带有芯片主体结构)置于约90℃的热板上加热约15分钟。然后用刀片沿芯片主体结构的边缘轻轻划开，将芯片主体结构取下，此时薄膜已经附着在芯片主体结构上，得到底部带薄膜的微通道芯片。
5)凹槽实现可变形的过程
与2)中相同，配置PDMS混合试剂并析出气泡，浇注到含有凹槽结构的凸膜硅片上，放置于温度为65℃的烘箱中1小时左右，使其凝固。揭下硅片上的PDMS并切割出完整的带凹槽结构的固体块，带凹槽结构的固体块上设有与对准槽a(1)对应的对准槽b(2)。
与4)中一样，利用电晕机分别处理带凹槽结构的固体块上凹槽面和带薄膜的微通道芯片上薄膜的另一面3～5秒，将处理后的两面相对并在显微镜下将两面上的对准槽按照预设的方向完全对准键合在一起，并轻压来确保两面充分贴合，然后放置在约90℃加热板上15分钟左右，即可得到键合有凹槽结构的单面带薄膜的微尺度通道芯片，在凹槽处可实现薄膜的可动，也即实现通道的指定位置指定长度下底面可动。

Claims (1)

1.利用凹槽实现下底面可动的微通道的制作方法，通过在凸模板上浇筑PDMS生成含有微通道结构的微流控芯片主体部分，将硅片上甩制获得的PDMS薄膜键合到主体部分上通道开口一侧，再将带有矩形凹槽的PDMS块键合到薄膜的另一侧，通过矩形凹槽为薄膜提供变形的空间，实现通道下壁面可动，而且变形的位置和长度分别通过调整凹槽的键合位置和尺寸来控制；其特征在于：其制作方法包括以下步骤：
1)制作微通道：将PDMS主剂和凝固剂混合后的预制试剂浇注于带有微通道结构的模板上，模板上设有对准槽a(1)；然后放于烘箱中烘烤使PDMS凝固；将凝固后的PDMS揭下并切割获得单面开口带对准槽a(1)的微尺度通道固体结构；
2)制备薄膜：利用匀胶机，将PDMS试剂放于硅片上甩制形成薄层胶质膜，最后放于烘箱中烘烤1个小时使胶质膜凝固形成固体弹性膜；
3)键合薄膜：将步骤1)中切割好的微尺度通道开口和步骤2)中固体弹性膜的外表面分别利用电晕机处理后键合在一起，轻微按压以确保二者贴合充分，然后放在温度为90℃的热板上烘烤10～20分钟，用刀片沿微通道芯片的边缘划开，将划开部分一同取下，得到单面带薄膜的微通道芯片；
键合凹槽：使用与步骤1)相同的方法制得带凹槽结构的固体块，带凹槽结构的固体块上设有对准槽b(2)；将固体块上的凹槽一面与步骤3)中取下的薄膜的另一面键合在一起，利用显微镜将带对准槽b(2)和对准槽a(1)按照设定的方向重合，以实现指定位置可变，同样轻压确保二者充分贴合，然后放置在温度为90℃的热板上烘烤10～20分钟；利用凹槽实现微尺度通道底部薄膜变形的具体制作过程，具体步骤为，
1)对准槽的设计
在凸模版上，微通道下壁面预设可动位置旁边以及凹槽块旁边相应位置设计小矩形块用作对准槽a(1)，以利用凹槽空间来实现微通道下壁面的指定位置可动；
2)主体通道结构制备过程
将PDMS(聚二甲基硅氧烷)主剂和凝固剂按照10:1的比例混合均匀，置于常温真空环境中析出全部气泡，将其浇筑到含有微尺度通道凸模的硅片上，并放于温度为65℃的烘箱中1小时，使其凝固；待PDMS凝固之后，将其从硅片模板上揭下，并切割出带有完整微通道结构的微流控芯片的主体部分；
3)薄膜制作过程
与2)中步骤相同，配制PDMS混合试剂并析出气泡；将空白硅片置于离心匀胶机上，然后将PDMS混合试剂倒在硅片中央并开启匀胶机，使PDMS试剂被甩制形成均匀液态膜附着于硅片上，将带有液膜的硅片放于烘箱中1小时使液膜凝固形成固体弹性膜；
4)薄膜键合过程
由于膜层太薄，不能直接从硅片上剥离；将含有微通道结构的PDMS微流控芯片主体部分的出入口处用打孔器打孔；利用电晕机处理器将芯片主体部分中含有通道结构的开口面，以及硅片上的薄膜面处理3～5秒，然后将两者键合；
将键合后的硅片(其上带有芯片主体结构)置于90℃的热板上加热15分钟；然后用刀片沿芯片主体结构的边缘轻轻划开，将芯片主体结构取下，此时薄膜已经附着在芯片主体结构上，得到底部带薄膜的微通道芯片；
5)凹槽实现可变形的过程
与2)中相同，配置PDMS混合试剂并析出气泡，浇注到含有凹槽结构的凸膜硅片上，放置于温度为65℃的烘箱中1小时，使其凝固；揭下硅片上的PDMS并切割出完整的带凹槽结构的固体块，带凹槽结构的固体块上设有与对准槽a(1)对应的对准槽b(2)；
与4)中一样，利用电晕机分别处理带凹槽结构的固体块上凹槽面和带薄膜的微通道芯片上薄膜的另一面3～5秒，将处理后的两面相对并在显微镜下将两面上的对准槽按照预设的方向完全对准键合在一起，并轻压来确保两面充分贴合，然后放置在90℃加热板上15分钟，即可得到键合有凹槽结构的单面带薄膜的微尺度通道芯片，在凹槽处可实现薄膜的可动，也即实现通道的指定位置指定长度下底面可动。
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