專利名稱：一種帶z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種芯片的制作方法，特別是關于一種帶Z型光度檢測流動池的微流控芯片的制作方法。
背景技術：
微流控系統是上世紀九十年代開始發展的一種分析技術，它利用微加工工藝在芯片上制作微通道、微反應器和微檢測器等功能單元構成微系統，用來完成傳統化學和生物學等分析、檢測的操作過程，具有便攜、高通量、功能靈活、低樣品和低試劑消耗量等特點。
吸光度檢測是一種重要的檢測方式，在液相系統、毛細管電泳系統中有著廣泛的應用，但是目前在微流控芯片上直接進行吸光度檢測的研究很少，主要原因是(1)微流控芯片通道直徑很小，有效光程一般只有數十微米，遠小于吸光度檢測的要求；(2)微流控芯片通道的外壁厚度一般在2mm以上，引入的背景吸收相對非常大，而且會增大光路發散面積；(3)目前使用最多的光刻法制成的光窗為平凹面鏡，是非平面的，其表面較為粗糙，易造成光路折射和散射。以上原因造成目前的微流控芯片毛細通道不適合直接作吸收池進行光度檢測。
Z型吸光度檢測池是微液相系統中發展起來的一種在微小流動池體積下增加光程、提高檢測靈敏度的結構，目前很多商品儀器均采用該流動檢測池結構，一些儀器可以在數十納升的流動池體積下做到5mm光程，將這種技術應用于微流控芯片的集成光度檢測，可以比較好地解決微流控芯片目前由于光程短而無法進行光度檢測的問題。然而將Z型光度檢測流動池集成到微流控芯片上的制作有一定的難度(1)在微流控芯片上制成折線型的通道，在與芯片平行的方向進行檢測，不容易實現，因為目前低成本的方法制成的微通道側壁多為弧形，而且光路需要引入光導纖維等部件，不易加工而且測量重復性也不好；(2)使用離子深刻蝕等技術制作形狀規整的吸收池，其成本過高；而且將通道刻蝕在上下蓋片上的方法不適合制作Z型流動池，因為用普通的刻蝕方法制成的兩面的光窗不易做成平面；(3)采用外接檢測池的方法進行微流控芯片光度檢測，因增大死體積會造成信號展寬，同時也會因系統復雜而造成成本過高，也不是理想的解決方法。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種成本低，光窗光潔，加工方便的帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法。
為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，它包括以下步驟1)利用繪圖軟件繪制芯片中上、下兩層通道的圖形并輸出，所述上層圖形包括上層通道、儲液池凹槽，儲液池通孔和Z型池通孔，下層圖形包括下層通道、儲液池通孔及Z型池通孔；2)采用常規光刻方法制出兩張陽模，兩所述陽模的一面分別刻有凸起的圖形，然后采用常規方法對陽模表面進行烷基化處理；3)將兩所述陽模的凸起圖形對準，且在兩所述陽膜中間墊入一U形墊圈，然后用夾具夾緊所述兩陽模垂直加壓固定，形成一U形液槽；4)將所述U形液槽開口向上，向所述U形液槽內灌入經過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷單體和引發劑，并將所述U形液槽置于真空烘箱中，在0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱3～5h至完全固化；5)然后取出U形液槽，拆開兩側陽模得到雙面刻有凹通道槽和凹儲液池通孔槽，頂面刻有儲液池凹槽的PDMS薄片，用打孔設備在所述PDMS薄片上打通Z型池通孔連通上下層通道，打通PDMS薄片上的所述儲液池通孔；6)用常規方法制作出兩片厚度為20～200um的PDMS薄膜，其中一片不含結構的PDMS薄膜作為下蓋片，另一片PDMS薄膜作為上蓋片，在與所述PDMS薄片上的儲液池凹槽和儲液池通孔相對應開設通孔；7)將步驟6)制作好的PDMS薄片放置在所述上蓋片和下蓋片之間作為中間片，采用常規方法將上、下蓋片和中間片貼合在一起，并用光源進行照射，即得含有Z型光度檢測池的微流控芯片。
在步驟7)中，將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起后，利用紫外光源，照射時間為2～8h。
在實施步驟7)前，先分別對所述上、下蓋片和中間片進行2h以下的紫外光源照射，再將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起，繼續照射2～6h。
在實施步驟7之前，先分別對所述上、下蓋片和中間片進行等離子體輻照后再貼合。
在實施步驟4)前，先將聚二甲基硅氧烷單體和引發劑置于敞口容器中，在真空烘箱中0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱30～60分鐘。
所述U形墊圈的厚度為100～2000um。
所述上、下蓋片的厚度分別為20～200um。
至少在所述上、下蓋片之一上設置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對應所述Z型光度檢測池在所述薄片上打孔。
本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、由于采用本發明方法在微流控芯片上制作的吸光度檢測池具有Z型光度檢測池結構，因此檢測池體積小，光程可以做到較長；檢測池的尺寸不受通道的形狀和尺寸影響，可根據需要設計制作；同時由于采用貼合透光薄片的方法制作光窗，因此光窗光潔、平整、厚度薄且互相平行；以上特性使本發明制作的Z型光度檢測池具有良好的性能，適合用于微流控芯片吸光度檢測。2、采用本發明方法制作的微流控芯片，含有垂直芯片平面的吸光度檢測池，可以使檢測光路垂直于微流控芯片穿越Z型光度檢測池，因此光源和檢測器可以垂至于芯片平面設置，方便吸光度檢測儀器的設計與制作。3、本發明由于在加工(聚合)過程中使用了低溫慢速聚合、抽真空排氣的方法，因此加工出的雙面帶有通道的PDMS薄片，厚度最薄可以達到100um，克服了常規方法在如此薄的液池中PDMS聚合過程中產生的氣泡不易排出的問題。4、本發明方法可根據需要，設計立體微流控芯片通道，無需任何高標準的儀器設備即可隨時制作，而且加工過程簡便易行，成本低，速度快，特別是采用本發明方法，既可以方便靈活地制作出各種形狀的雙層或多層立體通道，又可以在同一PDMS薄片上制作出多條雙層立體通道，滿足高通量的檢測要求。本發明方法可以廣泛用于各種微流控芯片的加工制作中。
圖1是普通芯片在芯片厚度方向的截面示意2是本發明在芯片厚度方向的截面示意3是本發明上層玻璃陽膜結構示意4是本發明下層玻璃陽膜結構示意5是本發明制作流程示意6是本發明整體芯片結構示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明方法進行詳細說明。
如圖1所示，普通芯片1的通道2在芯片1厚度方向上看是水平的；如圖2所示，本發明的通道2在芯片1厚度方向看是Z型的，本發明帶Z型光度檢測池的制作方法與現有技術不同，其包括以下步驟1、制作光刻用膠片如圖3、圖4所示，依需要分別設計芯片1中上、下兩層通道圖形，上層圖形包括一個十字型通道3、三個儲液池凹槽4，一個儲液池通孔5和一個Z型池通孔6，下層圖形包括一個直通道7、一個儲液池通孔5及Z型池通孔6，上下兩層通道3、7的圖形在兩Z型池通孔6處重合，且兩儲液池通孔5亦重合。利用繪圖軟件(如CorelDraw等)分別繪制出上、下兩層圖形，并輸出(如用激光照排機打印)到兩張膠片上作為光刻用版；2、光刻制模利用上述膠版，采用常規的光刻方法分別制成兩片玻璃或石英或硅材料陽模8、9，在每一片陽模8、9中的一面分別刻有凸起的通道3、7，以及儲液池凹槽4、儲液池通孔5和Z型池通孔6的凸起，并采用常規技術對陽模8、9表面進行烷基化處理，如用異辛烷涂抹陽模表面；3、組裝鑄造池如圖5所示，將兩張陽模8、9具有凸起的面相對，凸起的圖形按照預先設計好的通道位置對準，保證上、下兩層通道3、7的Z型池通孔6和儲液池通孔5位置重合，以便鑄造后形成對應的雙層通道。在兩玻璃片陽膜8、9中間墊入一U形墊圈10，然后用夾具11夾緊兩張陽模8、9后垂直加壓固定。由于U形墊圈10只密封了兩張陽模8、9三個邊，第四個邊空出，所以夾緊兩張陽模8、9后，其中間墊入的U形墊圈10內形成一U形液槽，U形墊圈10的厚度與Z型光度檢測池所需光程長度相同；U形墊圈10的材料為塑料、尼龍、橡膠或金屬等均可。
4、鑄造將U形液槽開口向上放置，向U形液槽內小心灌入經過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)單體和引發劑(常規引發劑)，小心操作盡量不要帶入氣泡。將此U形液槽置于真空烘箱中，在0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱3～5h至完全固化，加熱溫度越高固化速度越快，但是固化速度過快時不利于小氣泡的排出。
上述方法也可先將聚二甲基硅氧烷單體和引發劑置于一敞口容器中，在真空烘箱中0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱30～60分鐘，再進行上述澆鑄固化操作，可以更好地保證氣體排出，只要保證混合液體的粘度不至于過大影響灌注即可。
5、拆模(拆除鑄造池)取出U形液槽，拆開兩側陽模8、9得到雙面刻有凹通道槽和凹儲液池通孔槽，且頂面刻有三個儲液池凹槽4的PDMS薄片12。最后用準分子激光器或其他打孔設備在PDMS薄片12上打通Z型池通孔6形成本發明的Z型光度檢測池，并連通上下層通道3、7，形成一連通的本發明的Z型通道2(如圖2、圖6所示)，打通PDMS薄片12上的儲液池通孔5。
6、制作上下蓋片用常規方法制作出兩片厚度為100～200um的PDMS薄膜，其中一片不含結構的PDMS薄膜作為下蓋片13，另一片PDMS薄膜作為上蓋片14。在上蓋片14上與PDMS薄片12上的儲液池凹槽4相對應的位置處設置三個通孔15，以便將各通孔15與各儲液池凹槽4共同組成通道2進口儲液池，同時在與PDMS薄片12上的儲液池通孔5相對應的位置處設置一個通孔16，以便將通孔16與儲液池通孔5共同組成通道2出口儲液池。上述上蓋片14和下蓋片13亦可以用玻璃或石英薄片制作，且石英片強度大可以做得更薄，其厚度為20～200um，而且無紫外吸收，效果更好。
7、組裝將步驟5制作的雙面刻有凹通道槽的PDMS薄片12放置在上蓋片14與下蓋片13之間作為中間片，將上蓋片14的各結構與中間片(即PDMS薄片12)相應的結構對準，采用常規方法將上蓋片14、下蓋片13和中間片貼合在一起，然后利用普通10～40W紫外燈管產生的紫外光照射2～8h，完成貼合，即得含有Z型光度檢測流動池的立體通道微流控芯片。
上述步驟7也可先用紫外光預照射上蓋片14、下蓋片13和中間片2h以內，然后再將其貼合在一起，繼續照射2～6h。上述步驟7還可采取先用等離子體輻照表面再貼合的方式完成，其可以取得更好的效果。上述普通紫外燈管也可以換成氙燈或其它能產生紫外光的光源。
從上述各步驟可以看出，本發明芯片1中的Z型光度檢測池的光程長和容積都是可以根據需要控制的。利用U形墊片10的厚度，控制中間片(PDMS薄片12)的厚度，便可以控制Z型光度檢測池的光程長，該光程長一般在100～2000um；Z型光度檢測池的容積可以通過光程長和直徑控制，Z型光度檢測池的直徑一般在30～300um。
為使用更加方便，可以切割與芯片1大小匹配的玻璃或有機玻璃或塑料等材料的薄片，在薄片上對應上蓋片14的通孔15、16和中間片的Z型池通孔6的位置打孔，并將該薄片貼在上蓋片14頂部，作為固定芯片1的支撐架。還可以在一薄片上對應Z型池通孔6的位置打孔，并把薄片固定在下蓋片13底部。更可以在上、下蓋片14、13上分別設置上述薄片。
本發明可以在一張芯片1上可以具有多個Z型通道2，即在一張芯片1上同時設計和制作多個組成Z型上、下雙層通道，用于高通量分析使用。另外采用本發明還可以制作多層立體通道，該多層立體通道可由多層PDMS薄片組成，由多個Z型池通孔和儲液池連通。同時本發明雙層通道的圖形可以是十字線形、直線形、曲線型(如圖5所示的上層通道)等各種通道形狀。這些變化屬于本領域技術人員根據本發明很容易想到的，這些變換不應排除在本發明的保護范圍之外。另外本發明的兩陽模8、9也可以采用其它方法制作，兩陽模8、9制作方法的改變應看作本發明的等同替換，不應排除在本發明的保護范圍之外。
本發明進行檢測時，將光源和檢測器分別設置在芯片1的Z型光度檢測池的兩端，使光源發出的光通過Z型光度檢測池(如圖2所示)，當液體流過檢測池的時候，便可以通過檢測器進行吸光度檢測。
權利要求
1.一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，它包括以下步驟1)利用繪圖軟件繪制芯片中上、下兩層通道的圖形并輸出，所述上層圖形包括上層通道、儲液池凹槽，儲液池通孔和Z型池通孔，下層圖形包括下層通道、儲液池通孔及Z型池通孔；2)采用常規光刻方法制出兩張陽模，兩所述陽模的一面分別刻有凸起的圖形，然后采用常規方法對陽模表面進行烷基化處理；3)將兩所述陽模的凸起圖形對準，且在兩所述陽膜中間墊入一U形墊圈，然后用夾具夾緊所述兩陽模垂直加壓固定，形成一U形液槽；4)將所述U形液槽開口向上，向所述U形液槽內灌入經過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷單體和引發劑，并將所述U形液槽置于真空烘箱中，在0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱3～5h至完全固化；5)然后取出U形液槽，拆開兩側陽模得到雙面刻有凹通道槽和凹儲液池通孔槽，頂面刻有儲液池凹槽的PDMS薄片，用打孔設備在所述PDMS薄片上打通Z型池通孔連通上下層通道，打通PDMS薄片上的所述儲液池通孔；6)用常規方法制作出兩片厚度為20～200um的PDMS薄膜，其中一片不含結構的PDMS薄膜作為下蓋片，另一片PDMS薄膜作為上蓋片，在與所述PDMS薄片上的儲液池凹槽和儲液池通孔相對應開設通孔；7)將步驟6)制作好的PDMS薄片放置在所述上蓋片和下蓋片之間作為中間片，采用常規方法將上、下蓋片和中間片貼合在一起，并用光源進行照射，即得含有Z型光度檢測池的微流控芯片。
2.如權利要求1所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在步驟7)中，將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起后，利用紫外光源，照射時間為2～8h。
3.如權利要求1所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在實施步驟7)前，先分別對所述上、下蓋片和中間片進行2h以下的紫外光源照射，再將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起，繼續照射2～6h。
4.如權利要求1所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在實施步驟7之前，先分別對所述上、下蓋片和中間片進行等離子體輻照后再貼合。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在實施步驟4)前，先將聚二甲基硅氧烷單體和引發劑置于敞口容器中，在真空烘箱中0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱30～60分鐘。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述U形墊圈的厚度為100～2000um。
7.如權利要求5所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述U形墊圈的厚度為100～2000um。
8.如權利要求1或2或3或4或7所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述上、下蓋片的厚度分別為20～200um。
9.如權利要求5所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述上、下蓋片的厚度為20～200um。
10.如權利要求6所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述上、下蓋片的厚度為20～200um。
11.如權利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對應所述Z型光度檢測池在所述薄片上打孔。
12.如權利要求5所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對應所述Z型光度檢測池在所述薄片上打孔。
13.如權利要求6所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對應所述Z型光度檢測池在所述薄片上打孔。
14.如權利要求8所述的一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對應所述Z型光度檢測池在所述薄片上打孔。
全文摘要
本發明涉及一種帶Z型光度檢測池的微流控芯片的制作方法，它包括以下步驟1)利用繪圖軟件繪制芯片中上、下兩層通道的圖形并輸出；2)采用常規光刻方法制出兩張陽模，并進行烷基化處理；3)在兩所述陽膜中間墊入一U形墊圈，形成一U形液槽；4)向所述U形液槽內灌入經過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷單體和引發劑，并真空加熱固化；5)拆開兩側陽模得到PDMS薄片，并打孔；6)制作兩上、下蓋片，7)將上、下蓋片與PDMS薄片貼合在一起，并用光源進行照射，即得含有Z型光度檢測池的微流控芯片。本發明方法無需任何高標準的儀器設備即可隨時制作，而且加工過程簡便易行，成本低。本發明方法可以廣泛用于各種微流控芯片的加工制作中。
文檔編號G06F17/50GK1865924SQ20061001223
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月13日 優先權日2006年6月13日
發明者羅國安, 任康寧, 梁瓊麟, 王義明, 姚波 申請人:清華大學