CN106582904B - 一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法，属于微流控芯片领域，该方法为一种利用干膜在常温条件下进行玻璃材质微流控芯片键合的方法。该方法将材料为含有微通道结构的玻璃基底，以及玻璃材质的盖片，通过干膜贴合在一起，构成盖片‑干膜‑基底的叠放顺序，之后将叠放完成的微流控芯片通过过塑机，进行初步贴合和去除气泡，之后放置在隔绝紫外光的黑相中，最后送入紫外曝光机中进行曝光。本发明对于玻璃材质的微流控芯片键合成本低廉，设备要求低，操作过程简单，成品率高，键合强度高；对各类不同材质、厚度的玻璃基底适用性广泛；加工过程安全无毒，无高温高压，无化学有害物释放，键合时间短。

Description

一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法
技术领域
本发明属于微流控芯片领域，尤其涉及一种玻璃材质的微流控芯片键合方法，键合过程简单易行，不仅适用于小批量科研实验用途的微流控芯片键合，还可应用于大规模的微流控芯片生产加工。
背景技术
微流控芯片概念的提出至今已有20余年，其微型化带来了良好地应用前景，因而逐渐成为分析化学和生命科学领域最受关注的方向之一。
微流控芯片是将微流控技术集成在几平方厘米的玻璃或聚合物等平台上，将生物、化学等领域中涉及的诸如样品制备、生化反应、分离和检测等基本的操作单元集成或部分集成，用以实现常规实验室下物理、化学和生物实验的微型化集中分析。在微加工技术发展的推动下，微流控芯片的功能也逐渐多样化，其应用领域也逐渐扩大，目前的研究工作主要集中在临床诊断、核酸分析、蛋白质分析、细胞筛选以及环境监测等方面。
常用的玻璃芯片键合手段包括热键合、阳极键合等方法。热键合有一定的通用性，可广泛应用于玻璃、硅硬质材料以及聚合物材料，热键合可以得到密封强度很高的微流控芯片，然而这种方法需要在高温环境下完成，耗能耗时，特别是玻璃基底在高温加压键合过程中表面光滑度受损，微结构可能发生塌陷。阳极键合也称静电键合，是一种相对简单、但能够有效实现永久性封接玻璃和硅片的键合方法，虽然阳极键合成功率很高且密封效果好，但是存在键合设备要求高、需要洁净环境且适用性差等缺点。不同于热键合和阳极键合，本发明采用了一种全新的常温键合方法，即利用干膜的紫外聚合固化作用对玻璃材质的微流控芯片在常温下进行键合。
干膜具有三层结构，即上保护膜、下保护膜和中间的紫外固化涂层，干膜中间的紫外固化涂层是一种高分子的化合物，通过紫外线的照射后能够产生聚合反应形成一种稳定的物质，传统上，干膜主要应用于电路板的电镀和蚀刻过程中，本发明中，鉴于干膜中间涂层紫外固化后粘着力非常强的特点，将其用于玻璃材质的微流控芯片键合中。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种利用干膜在常温条件下进行玻璃材质微流控芯片键合的方法，解决玻璃材质微流控芯片键合困难且成本高昂的问题。
该方法具体包括以下步骤：
S1微流控芯片的基底材料为含有微流道微结构的基底，盖片和基底的材料为玻璃；
S2干膜的上下层分别设有上层保护层、下层保护层；首先揭去干膜的下层保护层，将干膜平贴于盖片上；
S3然后揭去干膜的上层保护层，将基底材料平贴于干膜上，微流控芯片各层的叠放顺序为盖片-干膜-基底；
S4将制作好的微流控芯片通过过塑机，过塑机对微流控芯片进行初步压合并去除盖片-干膜-基底中的气泡，增加各层材料贴合的平整程度；
S5将微流控芯片放置在隔绝紫外光的黑箱中10分钟-20分钟；
S6将叠放顺序为盖片-干膜-基底的微流控芯片送入紫外曝光机中进行曝光，曝光时间为2-5分钟，紫外波长值分布在340nm-400nm，辐射能为1200μw/cm2-2500μw/cm2；
S7紫外曝光完成后，静置10分钟-20分钟以达到最大的键合强度。
为确保固化后的干膜不堵塞玻璃基底上的微流道，在完成方法流程后，将碳酸钠与离子水的混合溶液注入微流道，一次循环即可冲洗清除干净微流道中残留的干膜残留聚合物，从而保证微流道通畅。
S1中的基底和盖片材料为玻璃，包括但不限于石英玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、铅硅酸盐玻璃这几种玻璃材料。
利用干膜作为中间粘性材料对玻璃基底和盖片进行键合，此处的干膜指的是具有三层结构：上保护膜、下保护膜和中间紫外固化涂层的薄膜材料。
本发明的有益效果是，键合成本低廉，键合所需设备少，操作过程简单，成品率高，键合强度高；对各类不同材质、厚度的玻璃基底适用性广泛；加工过程安全无毒，无高温高压，没有化学有害物释放，键合时间短。
附图说明
图1盖片示意图
图2基底示意图
图3键合过程示意图
图4键合完成示意图
图中：1-盖片；2-干膜；3-基底
具体实施方式
下面结合附图1-4和实施例对本发明进一步说明。
(1)基底3材料为含有微流道结构的玻璃基底，盖片1材料为玻璃；
(2)揭去干膜2下层保护层，平贴于盖片1上；
(3)揭去干膜2上层保护层，平贴于基底3上，微流控芯片各层的叠放顺序为盖片1-干膜2-基底3；
(4)将制作好的微流控芯片使用过塑机进行初步压合并去除气泡，过塑机滚筒温度为90-120℃；
(5)将微流控芯片放置在隔绝紫外光的黑箱中静置15分钟；
(6)将叠放顺序为盖片1-干膜2-基底3的微流控芯片送入紫外曝光机中进行曝光，曝光时间为2-5分钟，曝光机灯管的波长值分布在350-380nm，紫外辐射能为1200-2500μw/cm2；
为了确保固化后的聚合物不堵塞基底上的微流道，可在完成上述步骤后，可以将碳酸钠及与离子水的混合溶液注入微流道，一次循环即可冲洗清除干净微流道中残留的固化聚合物，从而保证微流道通畅。

Claims (4)

1.一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：
S1微流控芯片的基底材料为含有微流道微结构的基底，盖片和基底的材料为玻璃；
S2干膜的上下层分别设有上层保护层、下层保护层；首先揭去干膜的下层保护层，将干膜平贴于盖片上；
S3然后揭去干膜的上层保护层，将基底材料平贴于干膜上，微流控芯片各层的叠放顺序为盖片-干膜-基底；
S4将制作好的微流控芯片通过过塑机，过塑机对微流控芯片进行初步压合并去除盖片-干膜-基底中的气泡，增加各层材料贴合的平整程度；
S5将微流控芯片放置在隔绝紫外光的黑箱中10分钟-20分钟；
S6将叠放顺序为盖片-干膜-基底的微流控芯片送入紫外曝光机中进行曝光，曝光时间为2-5分钟，紫外波长值分布在340nm-400nm，辐射能为1200μw/cm2-2500μw/cm2；
S7紫外曝光完成后，静置10分钟-20分钟以达到最大的键合强度。
2.根据权利要求1所述的一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法，其特征在于：为确保固化后的干膜不堵塞玻璃基底上的微流道，在完成方法流程后，将碳酸钠与离子水的混合溶液注入微流道，一次循环即可冲洗清除干净微流道中残留的干膜残留聚合物，从而保证微流道通畅。
3.根据权利要求1所述的一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法，其特征在于：S1中的基底和盖片材料为石英玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃或铅硅酸盐玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种利用干膜进行玻璃材质微流控芯片在常温下键合的方法，其特征在于：利用干膜作为中间粘性材料对玻璃基底和盖片进行键合，此处的干膜具有三层结构：上保护膜、下保护膜和中间紫外固化涂层的薄膜材料。
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