專利名稱：硅橡膠復合型微流控芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種PDMS(硅橡膠)復合型微流控芯片的制作方法，利用微復制技術將玻璃模板上的微通道圖案(負性)復制到硅橡膠片上，作為微復制模板(正性)。該模板再用于復制PDMS芯片(負性)，然后與其它材料(如玻璃，PDMS)實現永久性粘合，得到復合芯片。屬于加工制作技術領域。
背景技術：
微流控分析(Microfluidic analysis)又稱為芯片實驗室(Lab on a chip)，是20世紀90年代在分析化學領域迅速崛起的一種微分離分析方法。它是利用微加工技術，在石英、玻璃和高分子材料基體上刻蝕微通道和操作單元，將樣品處理、進樣、分離和檢測等過程的全部操作集中于一個幾平方厘米芯片上完成。這種以微管道網絡為結構特征，以生命科學為主要應用對象，作為分析系統、生物醫學器件、化學及生物化學工具正在發揮愈來愈多的作用，是當前微型全分析系統(μ-TAS)領域研究的重點。由于體積縮小，不僅使試劑、樣品消耗量較常規的分析方法減少幾千倍，還可使分析速度提高幾十倍，因此具有十分誘人的商業前景。大多數微流控系統制作在玻璃和氧化硅基片上，采用在微電子工業上廣泛應用的光刻蝕技術。然而光刻蝕過程復雜、耗時，需要昂貴的專用設備和潔凈設施，且材料易碎，不能滿足目前對微器件日益增多的需要。因此，應進一步探索價廉耐用的材料和快速簡便的微制作技術以利于微流控系統的普及與發展。
軟刻蝕技術(Soft lithography)是近年來新興的微結構制作技術，它提供了一種方便、有效且低成本的微米、納米尺寸微結構的制作方法，在傳感器、生物技術及生化分析、MEMS(微加工)系統和光學系統等領域的應用中具有優勢。在軟刻蝕技術中，基于軟材料PDMS的微制作技術是最受關注的熱點之一，PDMS具有價廉、良好的力學和光學性質以及生物相容性等特點，將成為μ-TAS(微全分析)極具前景的制作材料之一。在已有文獻報道中，PDMS基芯片模板的制作幾乎都是由常規光刻法、硅感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術，電鑄工藝制得具有凸形圖案的板材，因此仍需要依賴于光刻和鍵合專用設備。而近來出現的以PMMA(聚丙烯酸甲酯)熱壓法、導線印模、打印機打印技術等模板制作方法得到的芯片，通道內表面粗糙、形狀不規則、分離效率低。
發明內容
本發明的目的在于針對目前PDMS芯片制作中存在的問題，提供一種硅橡膠復合型微流控芯片的制作方法，不需要復雜的儀器及嚴格的實驗條件，制得的芯片模板微通道保真度高，壽命長，能批量生產，利于推廣。
為實現上述目的，本發明首先利用光刻蝕技術將掩模板上微通道圖形轉移到涂有光刻膠的玻璃基片上，并通過濕法刻蝕，獲得有微通道凹圖形的玻璃模板，再將硅橡膠與熟化劑按比例混合，利用微復制技術將玻璃模板上的微通道圖形，通過兩次復制，轉移到硅橡膠片上，然后將硅橡膠片與玻璃片粘合，完成硅橡膠型微流控分析復合芯片的制作。
本發明的方法具體包括如下步驟1、玻璃模板的制備首先，利用光刻蝕技術將掩膜板上微通道圖形轉移到玻璃基片的光膠層上，用Cr刻蝕液除去玻璃基片圖形上的Cr層，在室溫下以玻璃刻蝕液濕法刻蝕玻璃通道，制得有微通道凹圖形的玻璃模板。
2、硅橡膠模板的復制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到有微通道凹圖形的玻璃模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時。然后，把硅橡膠片從玻璃模板上剝下來，獲得具有凸圖形的硅橡膠模板。
3、硅橡膠片的復制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到具有凸圖形的硅橡膠模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時。然后，把硅橡膠片從具有凸圖形的硅橡膠模板上剝下來，獲得具有凹圖形的硅橡膠片。
4、復合芯片的制作
將上述具有微通道凹圖形的硅橡膠片清洗、干燥，經紫外光照1-4小時后，貼在玻璃片上，在60-130攝氏度下保溫4-12小時，實現硅橡膠與玻璃片的永久性粘合，完成復合芯片的制作。
本發明充分利用硅橡膠的優良性能，利用硅橡膠為中介材料，通過兩次復制，將以激光照排和濕法刻蝕得到的玻璃模板上的微通道凹圖形，轉移到硅橡膠片上，完成硅橡膠復合型微流控芯片的制作。本發明不需要復雜的儀器及嚴格的實驗條件，就可以制得多樣化的芯片模板，與利用硅感應耦合等離子體(ICP)刻蝕技術或電鑄工藝等獲得微復制模板相比，具有易加工、制備工藝簡單、成本低、生產周期短、微通道保真度高、能批量生產等特點。而且，前兩步制作的模板都有很好的穩定性，可以重復使用，大大提高了模板的使用壽命。更重要的是制得的芯片，分辨率高，應用前景廣闊。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。以下實施例不構成對本發明的限定。
實施例1(1)玻璃模板的制備用Adobe Illustrator 8.0軟件設計出十字或雙T形狀的通道圖案，然后用高分辨激光照排機(SIGMA SETTER，5080dpi，Heidelberg)在照相底片上制得光刻掩膜，然后將覆蓋著光掩膜的感光玻璃板(AZ1805，長沙韶光微電子總公司)在光刻機(Suss MJB3 UV400，德國Karl-Suss公司)上曝光50秒，在質量濃度0.5％的氫氧化鈉中定影30秒，在Cr刻蝕液(Ce(NH4)2(NO3)6∶98％醋酸∶超純水＝200g∶35mL∶1000mL)中除鉻35秒，然后用0.3mol/L玻璃刻蝕液(HF∶NH4F＝1∶1)采用濕法刻蝕50分鐘，最后取出用超純水沖洗，就可獲得有凹圖形的玻璃模板。
(2)硅橡膠模板的制作將硅橡膠(PDMS)預聚體(羅地亞公司產，V-3040A)與熟化劑(V-3040B)按10∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到玻璃模板上，在65攝氏度下熟化1.5小時后，將其從模板上揭下，即可制得有凸形硅橡膠模板。
(3)復合型硅橡膠芯片的制作依照上一步，在硅橡膠模板上進行再復制，得到有凹紋的硅橡膠片。將復制的硅橡膠片用丙酮，水清洗干凈后，置于低壓汞燈(6mW)下照射2小時。然后將其貼在干凈的玻璃片(或載物片)上面，在100攝氏度下烘6小時，實現永久性粘合。
實施例2(1)玻璃模板的制備按實施例1中的方法制備玻璃模板(2)硅橡膠模板的制作將硅橡膠(PDMS)預聚體(羅地亞公司產，V-3040A)與熟化劑(V-3040B)按9∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到玻璃模板上，在65攝氏度下熟化2小時后，將其從模板上揭下，即可制得有凸形硅橡膠模板。
(3)依照上一步，在硅橡膠模板上進行再復制，得到有凹紋的硅橡膠片。將復制的硅橡膠片用丙酮，水清洗干凈后，置于低壓汞燈(6mW)下照射4小時。然后將其貼在干凈的玻璃片(或載物片)上面，在80攝氏度下烘8小時，實現永久性粘合。
實施例3(1)玻璃模板的制備按實施例1中的方法制備玻璃模板(2)硅橡膠模板的制作將硅橡膠(PDMS)預聚體(羅地亞公司產，V-3040A)與熟化劑(V-3040B)按9∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到玻璃模板上，在65攝氏度下熟化3小時后，將其從模板上揭下，即可制得有凸形硅橡膠模板。
(3)依照上一步，在硅橡膠模板上進行再復制，得到有凹紋的硅橡膠片。將復制的硅橡膠片用丙酮，水清洗干凈后，置于低壓汞燈(6mW)下照射5小時。然后將其貼在干凈的玻璃片(或載物片)上面，在60攝氏度下烘10小時，實現永久性粘合。
權利要求
1.一種硅橡膠復合型微流控芯片的制作方法，其特征在于包括如下步驟1)玻璃模板的制備首先，利用光刻蝕技術將掩膜板上微通道圖形轉移到玻璃基片的光膠層上，用Cr刻蝕液除去玻璃基片圖形上的Cr層，在室溫下以玻璃刻蝕液濕法刻蝕玻璃通道，制得有微通道凹圖形的玻璃模板；2)硅橡膠模板的復制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到有微通道凹圖形的玻璃模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時。然后，把硅橡膠片從玻璃模板上剝下來，獲得具有凸圖形的硅橡膠模板；3)硅橡膠片的復制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到具有凸圖形的硅橡膠模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時。然后，把硅橡膠片從具有凸圖形的硅橡膠模板上剝下來，獲得具有凹圖形的硅橡膠片；4)復合芯片的制作將上述具有微通道凹圖形的硅橡膠片清洗、干燥，經紫外光照1-4小時后，貼在玻璃片上，在60-130攝氏度下保溫4-12小時，實現硅橡膠與玻璃片的永久性粘合，完成復合芯片的制作。
全文摘要
本發明涉及一種硅橡膠復合型微流控芯片的制作方法，首先利用光刻蝕技術將掩模板上微通道圖形轉移到涂有光刻膠的玻璃基片上，并通過濕法刻蝕，獲得有微通道凹圖形的玻璃模板，再將硅橡膠與熟化劑按比例混合，利用微復制技術將玻璃模板上的微通道圖形，通過兩次復制，轉移到硅橡膠片上，然后將硅橡膠片與玻璃片粘合，完成硅橡膠型微流控分析復合芯片的制作。本發明不需要復雜的儀器及嚴格的實驗條件，就可以制得多樣化的芯片模板，具有制備工藝簡單、成本低、生產周期短、微通道保真度高、能批量生產等特點，制得的芯片，分辨率高，應用前景廣闊。
文檔編號G01N31/00GK1811426SQ20051011123
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月8日 優先權日2005年12月8日
發明者任吉存, 曲曉峰 申請人:上海交通大學