一種以su-8光刻膠和pdms為基材的微流控芯片鍵合方法
【技術領域】
[0001]本發明提供了一種以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法。屬于微流控芯片領域。
技術背景
[0002]微流控技術(Microfluidics)是一個生物、化學、醫學、物理、電子、材料、機械等多學科交叉的嶄新研究應用領域。微流控芯片又稱為芯片實驗室(Lab-on-a-chip)，是把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微納米尺度的芯片上。微流控芯片以微通道、微結構形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，用以取代常規生物、化學、醫學分析實驗室的各種功能，實現分析設備的微型化、便攜化和多功能化。微流控芯片涉及在微納米尺度操控納升至皮升體積的流體和集成多種電學、光學、生化檢測手段，其中的微結構、微通道和微腔體往往采用不同材料的鍵合予以實現，芯片鍵合的好壞程度極大地影響了芯片的質量和功能。
[0003]目前，微流控芯片的加工常采用軟光刻技術，以SU-8光刻膠制作微通道陽模，由聚二甲基硅氧烷(PDMS)固化成型倒模后與玻璃或有機聚合物基板鍵合形成芯片。SU-8光刻膠以其優異的機械性能、熱穩定性、電絕緣性和耐腐蝕性，具有自整平、對近紫外光敏感且吸收極小等優點，在MEMS微機電制造和裝配方面表現出極大的優勢；同時SU-8光刻膠具有很好的生物兼容性，適用于制造B1MEMS生物微機電器件。PDMS是微流控芯片中常用的有機高分子聚合物，通常由PDMS預聚體和固化劑按照一定的質量比混合并聚合而成。PDMS具有優異的生物兼容性和氣體通透性，且具有光學透明、電學絕緣、化學惰性以及熱穩定性好等優良特性，同時其成本低，使用方便，是微流控芯片廣泛應用的加工材料。
[0004]然而，PDMS微流控芯片因其材料特性具有一定的局限性:1)由于PDMS的高彈性，無法進行圓片級加工；2)PDMS芯片的鍵合無法通過光刻掩膜對準機與基底上的精密結構(例如，微電極)進行精確對準，限制了 PDMS芯片上高精度檢測功能的集成。而SU-8光刻膠有效地克服了 PDMS的這些缺點。雖然SU-8很難與PDMS等其他材料直接鍵合形成微流控芯片，國外依然有學者研究利用SU-8光刻膠直接加工微流控芯片的工藝方法，提出了用簡單的氣相沉積3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的方法對SU-8基片表面進行硅烷化處理，另用高功率氧等離子體灰化爐在200W~400W功率范圍內對PDMS基片進行表面改性，然而該方法有如下缺點:1)需要高功率等離子體灰化爐，價格昂貴，非一般微流控芯片用戶可承受；2)在鍵合工藝中，需要使用重物壓制在加熱的芯片上，易造成PDMS基片的形變；3)氧等離子體在高功率范圍內可控性、穩定性差，造成制造的成品率低，鍵合強度低、工藝可重復性差、芯片容易發生泄漏。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法，用于解決現有技術中SU-8基片與PDMS基片鍵合難、成品率、所用設備昂貴且可控性差、鍵合效果差、易發生泄漏等問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供了一種以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法，至少包括步驟:采用氧等離子體對所述PDMS基片的鍵合面進行疏水性至親水性改性處理，然后采用一定濃度的APTES水溶液對所述SU-8基片和PDMS基片的鍵合面進行硅烷化改性處理，最后鍵合所述SU-8基片和PDMS基片。
[0007]作為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的一種優選方案，至少包括以下步驟:
步驟1:提供一 SU-8基片與一 PDMS基片，對所述SU-8基片及PDMS基片進行清洗； 步驟2:采用氧等離子體對所述PDMS基片的鍵合面進行等離子體處理；
步驟3:采用一定濃度的APTES水溶液對所述SU-8基片及PDMS基片的鍵合面進行硅烷化改性處理；
步驟4:將所述SU-8基片及PDMS基片的鍵合面相互貼合并進行按壓加熱，以鍵合所述SU-8基片及PDMS基片，形成以SU-8光刻膠和PDMS為基材的完整微流控芯片。
[0008]進一步地，上述步驟I包括以下步驟:
步驟1-1:提供一 SU-8基片與一 PDMS基片，用異丙醇對所述SU-8基片及PDMS基片進行清洗；
步驟1-2:采用去離子水對所述SU-8基片及PDMS基片進行清洗，并用清潔空氣或氮氣進行吹干。
[0009]進一步地，作為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的一種優選方案，上述步驟2中對所述PDMS基片的鍵合面進行氧等離子體處理的時間可根據所用等離子體灰化爐、等離子體清洗機、或電暈放電儀的功率范圍調整，處理時間為10?60s。
[0010]進一步地，上述步驟3包括以下步驟:
步驟3-1:將所述SU-8基片及經氧等離子體改性后的PDMS基片浸入一定濃度的APTES水溶液中；
步驟3-2:采用去離子水對所述SU-8基片及PDMS基片進行清洗，并用清潔空氣或氮氣進行吹干。
[0011]更進一步地，作為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的一種優選方案，上述步驟3-1中所述SU-8基片和PDMS基片浸入APTES水溶液的時間為20mino
[0012]更進一步地，作為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的一種優選方案，上述步驟3-1中所述APTES水溶液的體積比濃度為3%~5%。
[0013]進一步地，作為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的一種優選方案，上述步驟4中對所述SU-8基片及PDMS基片貼合后加熱的溫度為90°C，加熱時間為10~60min。
[0014]如上所述，本發明提供了一種以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法，首先提供一 SU-8基片與一 PDMS基片，采用異丙醇和去離子水對所述SU-8基片及PDMS基片進行清洗，接著采用氧等離子體對所述PDMS基片的鍵合面進行等離子體處理，然后采用一定濃度的APTES水溶液對所述SU-8基片及PDMS基片的鍵合面進行硅烷化改性處理，最后將所述SU-8基片及PDMS基片的鍵合面相互貼合并進行按壓加熱，以鍵合所述SU-8基片及PDMS基片，形成以SU-8光刻膠和PDMS為基材的完整微流控芯片。
[0015]本發明具有以下有益效果:I)該方法使用氧等離子體的目的僅是對TOMS基片的鍵合面從疏水性改為親水性，因此無需價格昂貴的高功率等離子體灰化爐，可使用普通低功率等離子體清洗機或電暈放電儀等廉價設備；2)該操作過程簡單，無需重物壓制在貼合的芯片上，工藝的可控性、穩定性、可重復性高，鍵合強度、成品率高，成品微流控芯片不易發生泄漏；3)由于SU-8基芯片加工工藝成熟，可制造復雜精細結構，并易于與微電極等結構進行精確集成，SU-8基片與PDMS基片的鍵合有助于實現多功能精密結構的的微流控芯片。
【附圖說明】
[0016]圖1顯示為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的流程示意圖。
[0017]圖2~圖3顯示為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的步驟I所呈現的示意圖。
[0018]圖4顯示為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的步驟2所呈現的示意圖。
[0019]圖5~圖6顯示為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的步驟3所呈現的示意圖。
[0020]圖7顯示為本發明的以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法的步驟4所呈現的示意圖。
[0021]元件標號說明 101SU-8 基片
102SU-8基片的SU-8光刻膠 103SU-8基片的襯底，可采用玻璃或硅材料 104PDMS 基片 105APTES水溶液
【具體實施方式】
[0022]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的原理下進行各種修飾或改變。
[0023]請參閱圖1~圖7。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以例示方式說明本發明的基本原理、工作過程及功效，遂圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形成及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可改變，且其組件布局型態亦可更為復雜。
[0024]如圖1~圖7所示，本實施例提供一種以SU-8光刻膠和PDMS為基材的微流控芯片鍵合方法，至少包括步驟:采用氧等離子體對所述PDMS基片104的鍵合面進行疏水性至親水性改性處理，然后采用一定濃度的APTES水溶液105對所述SU-8基片101和PDMS基片104的鍵合面進行硅烷化改性處理，最后鍵合所述SU-8基片101和PDMS基片104。
[0025]具體地，所述SU-8基片101和PDMS基片104的鍵合方法至少包括以下步驟: 如圖1~圖3所示，首先進行步驟1，即S1~S2，提供一 SU-8基片101與一 PDMS基片104，
對所述SU-8基片101及PDMS基片104進行清洗.進一步地，步驟I包括以下步驟:
步驟1-1:提供一 SU-8基片10