下壁面外凸的微通道的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于FlDMs(Polydimethylsiloxane)材料加工的微尺度單面微米級薄膜通道的制作方法，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材質的薄膜并將其鍵合于微通道主體結構之上，形成單面薄膜結構的微尺度通道。
【背景技術】
[0002]隨著小尺度化學、醫學或生物分析系統的大力發展，涉及微全分析系統(micix)total analysis ayatems，μ TAS)或芯片實驗室(lab-on-a-chip)的各種類型的微流控設備和結構被廣泛設計和研宄，因而出現了各種應用于不同背景下的微流控芯片。微尺度制造技術的高度發展為微尺度流動的研宄和應用提供了充分的技術支持，比如光刻以及激光刻蝕等技術能夠實現微米級結構的制作等，表面處理技術的發展能夠完成不同結構之間的鍵合，基于此各種新型的流動和控制結構可以從設計轉化為成品制造。
[0003]PDMS材料以其較高的可塑性和適應性以及較低制作成本的優勢，被廣泛地應用于微流控芯片的制作中。PDMS的液態形式使其能夠較好地填充于微結構模板，完整地復制微尺度結構的各個細節，凝固后的彈性軟材料特質有助于將其從模板中完好地剖離，以得到微流控芯片結構，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用。
[0004]基于微流控芯片的設計需要，以及現有PDMS加工技術在微流控芯片制作過程中的成熟應用，為制作得到特性效果的下壁面外凸的微流控芯片實驗模型，嘗試將各種加工方式有益結合。
【發明內容】
[0005]本發明是一種以PDMS為材質，制作在下壁面指定位置實現指定長度外凸的微通道結構的方法。通過在模板上澆筑PDMS生成通道結構和凹槽基地結構，利用離心勻膠機在硅片上甩制獲得PDMS薄膜，電暈機將三者鍵合，將凹槽內注入液態PDMS后，往通道內部持續注入恒壓氣體使薄膜向通道外部(即凹槽一側)變形，并將部分液態PDMS擠出，將其加熱逐漸凝固后生成下壁面外凸的微流控芯片，外凸結構的長度和位置可以通過凹槽的尺寸和鍵合位置來控制。
[0006]本發明所述基于材質為PDMS(polydimethylsiloxane)來加工下壁面外凸的微尺度通道的制作方法，包括以下步驟:
[0007]I)制作微通道和凹槽結構:將PDMS預制試劑分別澆注于帶有微通道結構和凹槽結構的模板上，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通道固體結構和帶凹槽結構的固體塊。用打孔器在微通道設計的出入口處以及凹槽的對角(一個用作入口，另一個用作出口)分別打一個通孔，其中一個為凹槽入口 I，另一個為凹槽出口 2。
[0008]2)制備薄膜和鍵合:將PDMS試劑放于硅片上甩制形成薄層膠質膜并放于烘箱中使膠質膜凝固形成固體彈性膜。將切割好的單面開口的微流控芯片固體結構利用電暈機處理后鍵合于帶有薄膜的硅片上，用刀片沿微流控芯片的邊緣輕輕劃開并取下，得到單面帶薄膜的微通道。將帶有凹槽結構的PDMS固體塊鍵合在薄膜的另一面。
[0009]3)注入液態PDMS:將調好未凝固的液態PDMS從凹槽的入口緩慢注入到凹槽中，排空存留的空氣，保證凹槽中填滿PDMS。
[0010]4)加熱凝固:將填充后的結構放置在溫度約為90°C的熱板上，同時從微通道結構的凹槽入口 I持續通入一定壓力的氣體，凹槽出口 2暫時堵住；保證薄膜向凹槽一側突出變形，即通道下壁面向外凸。在這種狀態下保持15分鐘左右，凹槽中的PDMS逐漸凝固，最終生成下壁面外凸的微尺度通道。
[0011 ] 本發明可以制作下壁面外凸的微尺度通道，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是本發明下壁面外凸的微尺度通道的制作方法的操作步驟流程圖。
[0013]圖2是本發明下壁面外凸的微尺度通道制作過程的結構示意圖。
[0014]圖3是利用本發明下壁面外凸的微尺度通道的制作方法制得的某一芯片的橫截面結構圖。
[0015]圖中:1、凹槽入口，2、凹槽出口。
【具體實施方式】
[0016]下面結合本發明的內容提供下壁面外凸的微尺度通道的具體制作過程，具體步驟為:
[0017]I)主體通道結構和凹槽結構的制備過程
[0018]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境中約40?60分鐘，直至氣泡全部析出為止，將其分別澆筑到含有微通道結構凸模和含有凹槽結構凸模的硅片上，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，并切割出帶有完整微通道結構的微流控芯片的主體部分和帶有凹槽結構的固體塊部分。用打孔器在微通道設計的出入口處以及凹槽的對角(一個用作入口，另一個用作出口)分別打一個通孔。
[0019]2)薄膜制作過程
[0020]與上面步驟相同，配制PDMS混合試劑并置于常溫真空環境中析出氣泡。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膜附著于硅片上，將帶有液膜的硅片放于烘箱中使PDMS液態膜凝固形成固體彈性膜。
[0021]3)薄膜與微通道結構的鍵合過程
[0022]由于薄膜厚度太小難以直接取用，利用電暈機處理器將芯片主體部分中含有通道結構的那面，以及硅片上的薄膜外表面各處理3?5秒，然后將兩者鍵合并輕按以確保充分貼合。將鍵合好的硅片(其上帶有芯片主體結構)置于約90°C的熱板上加熱約15分鐘，然后用刀片沿芯片主體結構的邊緣輕輕劃開，將芯片主體結構取下，得到鍵合有單面薄