專利名稱：聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微流控芯片的制作方法，具體地說是一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法。
背景技術：
微流控芯片以微通道網絡為結構特征，通過樣品預處理單元、功能化單元和檢測系統的集成，具有較強大的分析能力，服務于現代分析科學、生物學、生命科學、臨床醫學和診斷學、環境科學等領域，是目前國內外研究的熱門領域。高分子聚合物材料具有加工成型方便、價格便宜的特點，近年來開始用于微流控芯片的制作加工之中。聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane)，PDMS)具有聚合物材料的普遍特點，另外它還具有較高的光學透明度，無毒，較好的生物相容性，是制作微流控芯片中的最為常用的聚合物材料。目前以聚二甲基硅氧烷為材料制作微流控芯片，包括制作光刻掩模、光刻、化學腐蝕(或者干法腐蝕)、聚二甲基硅氧烷預聚物澆注、封接等步驟，其步驟既多又復雜，需要考慮和控制的因素較多，這特別集中在光刻掩模的制作和化學腐蝕兩個步驟，使其整個制作工藝流程比較繁瑣，制作周期長，且制得的玻璃陽模又易損壞。
發明內容
本發明的目的在于提供一種簡便、快速地制作聚二甲基硅氧烷微流控芯片的方法。
本發明的目的是這樣實現的一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，它包括陽模制作，基片制作以及打孔、封接制得，其特征在于首先在金屬薄板上用激光刻蝕制作成為含有通道布局信息的金屬模板，然后進行陽模制作；所述陽模制作是采用高分子聚合物膠液澆注經激光刻蝕后含有通道布局信息的金屬模板制得與之互補的聚合物陽模，最后進行基片制作以及打孔、封接后得聚二甲基硅氧烷微流控芯片。
上述金屬薄板為不銹鋼薄板；上述聚合物陽模制作采用的高分子聚合物膠液為聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液；上述基片制作采用的聚二甲基硅氧烷預聚合物是由107硅橡膠以及配售的交聯劑和催化劑組成，其中107硅橡膠∶交聯劑∶催化劑＝100∶0.45～1∶0.45～1，以重量百分比計。
上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液是由聚甲基丙烯酸甲酯粉末完全溶解于氯仿后得到的勻質膠液，其中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量為1克，氯仿用量為5～20毫升。
具體地說，本發明所述的激光刻蝕采用光源為摻釹釔鋁石榴石激光器(以下簡稱Nd3+:YAG固體激光器)刻蝕制作含有通道布局信息的不銹鋼模板，反復清洗，干燥；然后以聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液澆注經激光刻蝕后的不銹鋼模板制得聚合物陽模，并將其固定在圍堰中；最后再以聚二甲基硅氧烷預聚合物澆注上述圍堰中的聚合物陽模，室溫靜置6～12小時后，即制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片基片，再通過打孔、封接制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片。
上述聚合物陽模的制作采用聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液澆注在經激光刻蝕后的不銹鋼模板表面，密封1～2小時后敞開，待氯仿揮發完全后，揭下即得到聚甲基丙烯酸甲酯陽模。
當然，對于聚合物陽模的制作，也可以使用其它一些和金屬沒有作用的粘膠劑類材料，其使用、制作步驟與制作聚甲基丙烯酸甲酯陽模時類似，即直接將粘膠劑均勻涂于金屬模板(陰模)表面，合適條件固化后揭下得到聚合物陽模。
總之，本發明與現有技術比較，由于無需光敏膠光刻和化學腐蝕工藝，使其制作過程大大簡化，具有步驟簡單、制作成本低、快速的特點。本發明中涉及到的材料均價格低廉，且容易獲得，固體激光器也比較便宜和普及。本發明中使用Nd3+:YAG固體激光刻蝕金屬薄板，這是一種紅外激光器，刻蝕過程主要是光熱機制起作用，激光同金屬材料接觸后，金屬材料迅速地熔化，并最終氣化而逐漸形成微通道。刻蝕過程的激光參數主要包括激光發射功率、激光掃描速度和刻蝕的重復次數，改變這些參數直接影響金屬模板上微通道的寬度、深度和表面粗糙度。固體激光器刻蝕制作含有通道布局信息的不銹鋼模板的過程由計算機控制，制得的不銹鋼模板質量穩定、可靠性強。得到不銹鋼模板后，本發明以聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液澆注不銹鋼模板，氯仿逐漸揮發，聚甲基丙烯酸甲酯完成相轉移過程，而得到與不銹鋼模板互補的聚甲基丙烯酸甲酯凸起圖形布局即聚合物陽模。聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液通過重力作用進入不銹鋼模板的微槽，膠液的黏度對該過程有較明顯影響。本發明通過調整聚甲基丙烯酸甲酯粉末和氯仿的相對含量控制膠液的黏度。本發明采用聚丙烯酸甲酯的氯仿膠液澆注不銹鋼模板來制作聚合物陽模，其制作步驟、工藝條件都十分簡單，而且可以方便地反復澆注不銹鋼模板而制作多個聚合物陽模。
本發明以激光刻蝕制作不銹鋼模板和采用高分子聚合物膠液澆注不銹鋼模板制作聚合物陽模代替現有技術中的光敏膠光刻和化學腐蝕工藝，具有快速的特點，可在3小時內制得芯片的陽模，一個工作日內制得聚二甲基硅氧烷微芯片。而且整個制作過程中，工藝條件簡單，容易控制，特別適合在普通實驗室應用。
圖1本發明實施例的工藝流程示意圖；在圖中1為不銹鋼模板、2為聚合物陽模、3為聚二甲基硅氧烷微流控芯片的基片、4為聚二甲基硅氧烷微流控芯片；圖中A步驟為激光刻蝕制作、B步驟為高分子聚合物膠液澆注、C步驟為聚二甲基硅氧烷預聚合物澆注、D步驟為打孔、封接。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其步驟如下A、采用的光源為Nd3+:YAG固體激光器。將激光的投射透鏡固定在由兩臺步進電機組成的X-Y平臺上，在計算機控制下進行二維面上的精確掃描。由AutoCAD軟件在計算機上預先設計通道布局，選取激光器的驅動電流21A，調Q頻率25kHz，步進電機移動速度4cm/s，然后直接輸出，在不銹鋼薄板上加工得到含有通道布局信息的不銹鋼模板1。以無水乙醇反復清洗，干燥后備用。
B、將1克聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶于10毫升氯仿中，攪拌，使粉末完全溶解于氯仿，得到勻質的膠液。將該膠液澆注在上一步準備好的不銹鋼模板1表面，密封1小時后敞開(注意氯仿易揮發，有毒，應注意通風)，待氯仿揮發1小時后取出。把聚甲基丙烯酸甲酯薄層從不銹鋼模板表面揭下，得到與通道互補的聚甲基丙烯酸甲酯陽模2。將此陽模2固定在圍堰中備用。
C、將107硅橡膠以及配售的交聯劑和催化劑按100∶1∶0.65的重量配比混合均勻，澆注到上述圍堰中，濕布覆蓋，然后以密封膜包裹，室溫靜置6小時后，得到聚二甲基硅氧烷薄片，將其從圍堰中揭出，即為聚二甲基硅氧烷微流控芯片的基片3。
D、在上述基片微通道末端位置打孔，同另一片聚二甲基硅氧烷薄片封接，烘箱60℃保溫1小時，即得到聚二甲基硅氧烷微流控芯片4。
實施例2一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其中B步驟中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量為1克，氯仿用量為5毫升，攪拌后得到勻質的膠液，將該膠液澆注在上一步準備好的不銹鋼模板1表面，密封1.5小時后敞開；C步驟中107硅橡膠及配售的交聯劑和催化劑按100∶0.45∶1的重量配比混合均勻，澆注到所述圍堰中，濕布覆蓋，然后以密封膜包裹，室溫靜置8小時；其余均同實施例1。
實施例3一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的快速制作方法，其中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量為1克，氯仿用量為20毫升；107硅橡膠及配售的交聯劑和催化劑按100∶0.6∶0.45的重量配比；其余均同實施例1。
權利要求
1.一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，它包括陽模制作，基片制作以及打孔、封接制得，其特征在于首先在金屬薄板上用激光刻蝕制作成為含有通道布局信息的金屬模板(1)，然后進行陽模制作；所述陽模制作是采用高分子聚合物膠液澆注經激光刻蝕后含有通道布局信息的金屬模板(1)制得與之互補的聚合物陽模(2)，最后進行基片制作以及打孔、封接后得聚二甲基硅氧烷微流控芯片。
2.如權利要求1所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述金屬薄板為不銹鋼薄板；所述聚合物陽模(2)制作采用的高分子聚合物膠液為聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液；所述基片制作采用的聚二甲基硅氧烷預聚合物是由107硅橡膠以及配售的交聯劑和催化劑組成，其中107硅橡膠∶交聯劑∶催化劑＝100∶0.45～1∶0.45～1，以重量百分比計。
3.如權利要求2所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液是由聚甲基丙烯酸甲酯粉末完全溶解于氯仿后得到的勻質膠液，其中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量為1克，氯仿的用量為5～20毫升。
4.如權利要求1、2或3所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述激光刻蝕采用光源為摻釹釔鋁石榴固體激光器，刻蝕制作含有通道布局信息的不銹鋼模板(1)，反復清洗，干燥；然后以聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液澆注所述的不銹鋼模板(1)制得聚合物陽模(2)，并將其固定在圍堰中；最后再以聚二甲基硅氧烷預聚合物澆注所述圍堰中的聚合物陽模(2)，室溫靜置6～12小時后，即制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片基片(3)，再打孔、封接制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片(4)。
5.如權利要求4所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述聚合物陽模(2)的制作采用聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿膠液澆注到經激光刻蝕的不銹鋼模板(1)表面，密封1～2小時后敞開，待氯仿揮發完全后即制得聚甲基丙烯酸甲酯陽模(2)，將其固定在圍堰中備用。
全文摘要
本發明提供了一種聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于采用激光刻蝕制作含有通道布局信息的金屬模板(1)；然后用高分子聚合物膠液澆注經激光刻蝕后的金屬模板(1)，制得聚合物陽模(2)；最后以聚二甲基硅氧烷預聚合物澆注上述聚合物陽模(2)，得到聚二甲基硅氧烷微流控芯片基片(3)，通過打孔、封接制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片(4)。本發明與現有技術比較，由于無需光敏膠光刻和化學腐蝕工藝，使其制作過程大大簡化，具有步驟簡單、制作成本低、工藝條件容易控制、快速的特點，特別適合在普通實驗室應用。
文檔編號H01L21/00GK1869707SQ200610054308
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月17日 優先權日2006年5月17日
發明者夏之寧, 馮波, 肖尚友, 程正學 申請人:重慶大學