聚合物微流控芯片及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種微流控芯片及其制備工藝，具體涉及一種適用于檢測微量物質的 聚合物微流控芯片及其制備方法，屬于微納加工技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著社會工業社會的快速發展，越來越多的微型器件尤其是微機電系統 (Microelectromechanical Systems，MEMS)已經被廣泛應用到各個領域中。
[0003] 其中一種重要的微型器件，即微流控芯片以其獨特的性能而得到了國內外專家的 廣泛關注。微流控芯片是在普通毛細管電泳的基本原理和技術的基礎上，利用微納米加工 技術在硅、石英、玻璃或高分子聚合物基質材料上加工出各種微細結構，如管道、反應池、電 極之類的功能單元，完成生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、生化反應、處理(混合、過 濾、稀釋）、分離檢測等一系列任務，具有快速、高效、低耗、分析過程自動化和應用范圍廣等 特點的微型分析實驗裝置。
[0004] 目前，微流控芯片的制備方法主要刻蝕法，熱壓法，注塑法，澆鑄法，激光燒蝕法 等。刻蝕法一般分為干法刻蝕和濕法刻蝕，干法刻蝕采用等離子體或反應氣體對襯底進行 圖形化刻蝕，濕法刻蝕采用化學溶液對襯底進行圖形化刻蝕。刻蝕法對硅材質襯底和玻璃 襯底較為適合，但是對聚合物襯底確難以實現圖形化溝道制備。熱壓法采用基板和模板在 一定的溫度和壓力下，控制一定時間后，在基板上就形成了與模板圖形相反的微流溝道。但 熱壓法對模板的要求比較高，而且對于溝道有交叉點的圖形，會形成不均勻的形狀。注塑法 是先利用微細加工制備出微型模具，然后在注塑成型機上將聚合物在一定溫度和壓力下進 行結構成型。雖然注塑法易于批量生產，但是其模具制造工序復雜，且周期較長。澆鑄法類 似于傳統金屬鑄件的制備方法，利用一定結構的模具，將熔融狀態的基體材質進行澆鑄。此 種方法易于操作，成本較低，但是脫氣時間較長。激光燒蝕法是利用激光束對基底材質直接 進行燒蝕，從而形成所需要的圖形結構。此種方法可以形成較為良好的溝道深度，但是其對 溝道的側壁損傷較大，且設備基本昂貴。
[0005] 近些年，隨著半導體技術的飛速發展，在微流控芯片制備方面也開始運用半導體 技術。如CN100344964C報道一種利用半導體技術中的光刻、刻蝕、濺射和熱壓的方法制備的 電化學微流控芯片，其可用于生化分析中的糖類檢測。此類微流控芯片的優點是精度較高、 易于批量化生產。但是采用此種半導體技術制備的微流控芯片，通常是采用半導體技術在 玻璃、硅或聚合物襯底上形成微流控溝道，然后再通過半導體工藝在上面沉積電極結構。但 是這種結構下，在側壁沉積電極金屬時，難以控制金屬層的均勻性和連續性，從而造成電極 的斷路而影響器件效果。又例如，CN103822961A雖然公開了利用微納加工技術制備了電化 學微流控芯片，但是基本還是典型的利用微納加工制備的檢測電極，而且也是傳統注塑制 備的直流溝道，難以實現微流控的精確檢測。因此，需要一種簡單易行、精度良好、可靠性高 的制備方法制備出具有良好深寬比結構的微流控芯片。
【發明內容】
[0006] 本發明的主要目的在于提供一種聚合物微流控芯片及其制備方法，以克服現有技 術中的不足。
[0007] 為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：
[0008] 本發明實施例提供了一種聚合物微流控芯片的制備方法，其包括：
[0009] 提供包含有電極的第一聚合物基底，所述電極凸設于所述第一聚合物基體的第一 表面；
[0010]采用UV-LIGA技術(紫外光源曝光的光刻、電鑄和注塑技術)制備形成微流道模具， 再利用所述微流道模具，通過微注塑方式或旋涂、剝離方式制備出包含有微流道的第二聚 合物基體，所述微流道凹設于所述第二聚合物基體的第二表面；
[0011]將所述第一聚合物基體的第一表面與第二聚合物基體的第二表面相互封接，并使 所述電極至少局部凸露于所述微流道內，實現所述聚合物微流控芯片的封裝。
[0012] 在一些較為優選的實施方案之中，所述的制備方法包括：
[0013] 提供第一聚合物基體，并在該第一聚合物基體的第一表面依次形成基底金屬層和 電極金屬層，并在所述電極金屬層上形成于所述微流控芯片結構對應的圖形化掩膜，之后 利用所述圖形化掩膜，采用濕法刻蝕工藝依次對所述電極金屬層、基底金屬層進行刻蝕，形 成包含有相互間隔設置的工作電極、對電極和參比電極的第一聚合物基底；
[0014] 以及，將所述第一聚合物基體的第一表面與第二聚合物基體的第二表面相互封 接，并使所述工作電極、對電極和參比電極至少局部凸露于所述微流控通道內，實現所述聚 合物微流控芯片的封裝。
[0015] 本發明的一些實施例還提供了由前述任一種方法制備的聚合物基底微流控芯片。
[0016] 與現有技術相比，本發明的有益效果包括:采用了基于UV-LIGA技術的用于制備第 二聚合物的微流道模具制備工藝，進而實現了基于硬質、柔性聚合物襯底的高深寬比結構 的微流控檢測芯片的高精度、高效制備;而且電極在平面襯底上進行制備，避免了金屬電極 在側壁沉積的不均勻和不連續方面的缺陷;通過UV-LIGA技術制備的金屬微流道模具，具有 較大的深寬比范圍（1:1~50:1)，以形成不同范圍的微流控通道來滿足不同領域的微流控 檢測需求；另外，利用硬質襯底(硅、玻璃等)結合聚合物材質，可以通過剝離技術實現不同 彎曲度的微流控芯片制備;總之，本發明工藝簡單、成本低，易于批量化生產，具有極大的市 場應用潛力，所獲微流控芯片可用于檢測微量物質，例如可用于檢測水體中的微量重金屬 離子、抗原和抗體生物等。
[0017]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。 本發明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【附圖說明】
[0018] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0019] 圖1為本發明一典型實施方案中一種微流控芯片的結構示意圖；
[0020] 圖2為本發明一典型實施方案中一種微流控芯片內檢測電極的結構示意圖；
[0021] 圖3為本發明一典型實施方案中一種微流控芯片內微流道的結構示意圖；
[0022] 附圖標記說明：聚合物襯底1(第一聚合物），金屬Ti層2,工作電極層3,微流道4,聚 合物上蓋5 (第二聚合物），參比電極6，對電極7，對準標記8。
【具體實施方式】
[0023] 如前所述，鑒于現有技術存在的諸多缺陷，本案發明人經長期研究和大量實踐，得 以提出本發明的技術方案，其主要是利用UV-LIGA加工技術，高效、快捷地在聚合物襯底(如 PDMS、C0C、PMMA等)上制備出高精度、高深寬比結構的微流控檢測芯片，藉此微流控檢測芯 片，能夠靈敏、快速的檢出微量物質，例如水體中的微量重金屬離子、抗原和抗體等。
[0024] 本發明實施例的一個方面提供了一種聚合物微流控芯片的制備方法，其包括：以 UV-LIGA技術制備出微流道模具，然后以微注塑成型的方式或旋涂、剝離方式進行微流道的 制備，形成微流道基體，最后利用粘接或熱壓等方式將微流道基體與帶有電極的電極基體 相連接，形成微流控檢測芯片。
[0025] 在一些實施方案中，所述聚合物微流控芯片的制備方法可以包括：
[0026] 提供包含有電極的第一聚合物基底，所述電極凸設于所述第一聚合物基體的第一 表面；
[0027]采用UV-LIGA技術制備形成微流道模具，再利用所述微流道模具，通過微注塑方式 制備出包含有微流道的第二聚合物基體，所述