CN101823686A - 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法 - Google Patents

一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101823686A
CN101823686A CN 201010152285 CN201010152285A CN101823686A CN 101823686 A CN101823686 A CN 101823686A CN 201010152285 CN201010152285 CN 201010152285 CN 201010152285 A CN201010152285 A CN 201010152285A CN 101823686 A CN101823686 A CN 101823686A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermoplastic polymer
chips
liquid storage
micro
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010152285
Other languages
English (en)
Other versions
CN101823686B (zh
Inventor
刘冲
李经民
徐征
刘军山
丁喜平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN2010101522852A priority Critical patent/CN101823686B/zh
Publication of CN101823686A publication Critical patent/CN101823686A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101823686B publication Critical patent/CN101823686B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法，属于微全分析系统技术领域。首先利用微加工技术在热塑性聚合物基片上制备微通道、连通孔和储液池等结构；然后将改性后的各层基片按层次顺序叠放在一起，使用加热的焊丝在芯片周边焊接，使各层芯片间的相对位置固定下来；利用激光雕刻、注塑或机械加工等方法，制作与芯片上储液池形状相同、但尺寸略小的传力镶块，其材质可以是热塑性聚合物或金属，将镶块放入储液池中，使其与基片接触；最后将带有传力镶块的芯片放入键合机中，键合结束后剥离镶块，得到多层微流控芯片。本发明工艺简单，实现热塑性聚合物多层芯片的一次封合，得到的热塑性聚合物微流控芯片可以用于生化样品的分析和操控。

Description

一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法
技术领域
本发明涉及一种基于传力镶块辅助键合的热塑性聚合物多层微流控芯片的封合方法，属于微全分析系统(μ-TAS：Micro Total Analysis System)技术领域。
背景技术
热塑性聚合物微流控芯片(Thermoplastic Microfluidic Chip)将多种分析功能集成在数平方厘米面积的芯片上，可以制成便携式检测器，用于各类现场分析。该芯片制作成本低、制作周期短、检测样品用量少、分析速度快、灵敏度高，在生物工程、疾病检测以及药物筛选等领域具有广阔的应用前景。
热塑性聚合物微流控芯片系统的未来发展是要实现多种功能在同一个器件上的集成。目前使用较多的双层结构芯片是由一层基片和一层盖片封合而成的，仅能实现对液体样本的二维操控，难以达到多功能集成的目的。解决这个问题的方法之一是增加器件层数，发展多层结构微流控芯片。
目前已有的关于热塑性聚合物多层微流控芯片的报道中，芯片封合多采用胶粘法、层压法和溶液辅助键合法，这三种方法均有明显的局限性：采用胶粘时，胶液容易流入微通道，造成通道堵塞；层压法仅适合多层薄膜的键合；溶液辅助键合法易造成微通道腐蚀变形。
发明内容
本发明提供了一种基于传力镶块辅助键合的热塑性聚合物多层微流控芯片热封合方法，克服了目前胶粘、层压和溶液辅助键合中存在的问题。
为实现上述目的，本发明首先采用热压、注塑或激光加工法在热塑性聚合物基片上制备微通道，并使各层基片微通道之间按照一定的规律相互连通。然3后，将各层基片叠放在一起，对准微通道和孔，利用电热丝在芯片四边上焊接2～3点，固定层间位置。制作与片上储液池形状相同、尺寸稍小的镶块并将其放入储液池中。最后，将带有镶块的芯片放入热压机中，在一定的温度和压力下进行封合，得到多层热塑性聚合物微流控芯片。
本发明的方法具体步骤如下：
(1)微通道制备
微通道采用热压、注塑、激光加工或机械加工方法在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)基片上制备。
(2)对准和预连接
将各层基片叠放在一起，对准微通道和孔，对芯片施加一定压力，利用电热丝在芯片四边上焊接2～3点，固定层间位置。
(3)制备传力镶块并放入储液池中
将镶块放入储液池中，使其与基片接触。传力镶块可以采用热塑性聚合物或金属材料制作，热塑性聚合物材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)制作；金属材料是不锈钢、铸铁、碳素钢、合金钢、镍或铜。制作方法为激光加工、注塑或机械加工等方法。镶块厚度应与储液池深度相同。镶块尺寸应小于储液池50微米～500微米。
(4)封合
将带有传力镶块的芯片放入键合机中，根据所使用热塑性聚合物材料性能进设定键合温度，施加1kN～8kN的压力，保持120s～600s。冷却脱模后，将镶块取出，得到封合好的多层芯片。
在本发明工艺简单，耗费人力少，成本低廉，不需要昂贵的设备，可以实现多层热塑性聚合物微流控芯片的快速封合。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细本发明的具体实施例。
实施例1：制作一个基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的多层微流控器件。
(1)微通道图形制备
本例采用热压法制备芯片各层上的微通道图形结构。将硅或金属模具安装在热压机的上压头上，在下压头上放置一个厚度为0.3mm～2mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板，升温到90℃～130℃，在2kN～10kN的压力下保持120s～360s，冷却至30℃～40℃脱模。取出基板，利用激光雕刻或机械加工方法将基板切分成各层基片，在基片适当位置加工连通孔，在顶层基片上加工圆形储液池，使各层基片上的微通道可以相互连通。清洗将基片，烘干备用。
(2)对准和预连接
将基片按照正确的顺序叠放在一起，在显微镜下调整各层芯片位置，使上下层间的微通道、连通孔和储液池处于准确位置，对芯片施加一定压力，用加热的铜丝在芯片周边焊接2～3点，使芯片上下层间的位置固定。
(3)制备传力镶块并将其装入芯片
利用激光雕刻法，制作与芯片上圆形的PMMA传力镶块，使其直径比储液池直径小200微米～300微米。将镶块镶入储液池中，使镶块与基片接触。
(4)封合
将带有镶块的芯片放入键合机中，升温至60℃～110℃，施加1kN～8kN的压力，保持240s，冷却至40℃脱模。将辅助镶块从储液池中取出，就得到封合好的多层芯片。
实施例2：制作一个基于聚酯(PET)材料的多层微流控器件。
(1)微通道图形制备
本例采用激光雕刻法制作微通道。将一块0.5mm～2mm厚的聚酯(PET)基板放入激光器中，调整激光输出功率为6W～20W，走笔速度6mm/s～300mm/s，在基板上雕刻微通道、连通孔和圆形储液池，雕刻停止后，取出雕刻好的各层基片进行清洗，烘干备用。
(2)对准和预连接
将基片和盖片按照正确的层位置叠放在一起，在显微镜下调整各层芯片位置，使上下层间的微通道图形和孔处于准确位置，对芯片施加一定压力，用加热的铜丝在各层基片的同一条边上焊一个点，在与这条边相对的边上再焊一点，使芯片上下层间的位置固定。
(3)制备传力镶块并将其装入芯片
利用激光雕刻方法，制作圆形PMMA镶块，使其直径小于储液池200微米～300微米。将镶块镶入储液池中，使其与基片接触。
(4)封合
将PET芯片放入键合机中，升温至65℃，施加1kN的压力，保持180s；冷却至40℃时脱模，取出传力镶块，得到封合好的多层芯片。

Claims (2)

1.一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)微通道制备：用热压、微注塑、激光加工或机械加工方法在热塑性聚合物基片上制备；
(2)对准和预连接：将各层基片叠放在一起，使上下层间的微通道和孔对准，对芯片施加压力，用加热的电焊丝在芯片的四边焊接2～3点，使芯片上下层间的位置固定；
(3)将镶块放入储液池中，使其与基片接触；传力镶块采用热塑性聚合物或金属材料制作；制作方法采用激光加工、注塑或机械加工；镶块厚度与储液池深度相同，镶块尺寸小于储液池50微米～500微米；
(4)封合：将带有传力镶块的芯片放入键合机中，根据所使用热塑性聚合物材料性能进设定键合温度，施加1kN～8kN的压力，保持120s～600s；冷却脱模后，将镶块取出，得到封合好的多层芯片。
2.如权利要求1所述的一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)；
传力镶块采用热塑性聚合物或金属材料制作，热塑性聚合物材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)或聚氨酯(PU)；金属材料是不锈钢、铸铁、碳素钢、合金钢、镍或铜。
CN2010101522852A 2010-04-21 2010-04-21 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法 Expired - Fee Related CN101823686B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101522852A CN101823686B (zh) 2010-04-21 2010-04-21 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010101522852A CN101823686B (zh) 2010-04-21 2010-04-21 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101823686A true CN101823686A (zh) 2010-09-08
CN101823686B CN101823686B (zh) 2012-07-04

Family

ID=42687888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010101522852A Expired - Fee Related CN101823686B (zh) 2010-04-21 2010-04-21 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101823686B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103055981A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 苏州汶颢芯片科技有限公司 一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片及其制备方法
WO2013097262A1 (zh) * 2011-12-30 2013-07-04 北京瑞斯诺生物医药技术有限公司 一种应用于纳米颗粒制备的高并行微流道芯片
CN103822961A (zh) * 2014-03-13 2014-05-28 南京洁态环保科技有限公司 电化学微流芯片及其制备方法
CN103934049A (zh) * 2014-04-14 2014-07-23 西安交通大学 一种刻度式定量即时诊断微流控芯片及其制备方法
CN104132988A (zh) * 2014-07-28 2014-11-05 南京邮电大学 一种柔性有机离子敏场效应晶体管的制备方法
CN104475177A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 武汉纺织大学 一种简易高键合强度聚合物微流芯片的制备方法
CN105772120A (zh) * 2016-03-07 2016-07-20 北京同方生物芯片技术有限公司 一种聚合物生物芯片的批量键合封装方法及定位装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000022409A2 (en) * 1998-10-09 2000-04-20 University Of Alberta Microfluidic devices connected to capillaries with minimal dead volume
EP1098004A2 (en) * 1999-11-05 2001-05-09 Fuji Photo Film Co., Ltd. Fixation of nucleotide derivatives to solid carrier
US6454925B1 (en) * 1997-08-25 2002-09-24 Shimadzu Corporation Device for electrophoresis and component therefor
CN1464303A (zh) * 2002-06-20 2003-12-31 中国科学院理化技术研究所 高聚物微流控芯片的制备方法
CN1470867A (zh) * 2003-06-17 2004-01-28 中国科学院长春应用化学研究所 电化学检测-微流控芯片及制作方法和再生方法
US20040191703A1 (en) * 2003-03-27 2004-09-30 Soper Steven A. Photoresist-free micropatterning on polymer surfaces
CN1271215C (zh) * 2004-02-12 2006-08-23 上海交通大学 塑料微流控分析芯片的封装方法
CN101468506A (zh) * 2008-06-18 2009-07-01 中国检验检疫科学研究院 微流控芯片的批量生产方法
CN101674888A (zh) * 2007-01-16 2010-03-17 Lab901有限公司 微流体器件

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6454925B1 (en) * 1997-08-25 2002-09-24 Shimadzu Corporation Device for electrophoresis and component therefor
WO2000022409A2 (en) * 1998-10-09 2000-04-20 University Of Alberta Microfluidic devices connected to capillaries with minimal dead volume
EP1098004A2 (en) * 1999-11-05 2001-05-09 Fuji Photo Film Co., Ltd. Fixation of nucleotide derivatives to solid carrier
CN1464303A (zh) * 2002-06-20 2003-12-31 中国科学院理化技术研究所 高聚物微流控芯片的制备方法
US20040191703A1 (en) * 2003-03-27 2004-09-30 Soper Steven A. Photoresist-free micropatterning on polymer surfaces
CN1470867A (zh) * 2003-06-17 2004-01-28 中国科学院长春应用化学研究所 电化学检测-微流控芯片及制作方法和再生方法
CN1271215C (zh) * 2004-02-12 2006-08-23 上海交通大学 塑料微流控分析芯片的封装方法
CN101674888A (zh) * 2007-01-16 2010-03-17 Lab901有限公司 微流体器件
CN101468506A (zh) * 2008-06-18 2009-07-01 中国检验检疫科学研究院 微流控芯片的批量生产方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Anal.Chem.》 20031015 Jilin Yan，et al. Fabrication of Integrated Microelectrodes forElectrochemicalDetection on Electrophoresis MicrochipbyElectroless Deposition and Micromolding in Capillary Technique , 2 *
《J. Am. Chem. Soc.》 20050330 Robin L. McCarley,et al. Resist-Free Patterning of Surface Architectures in Polymer-Based Micro analytical Devices , 2 *
《高技术通讯》 20040731 王晓东等 塑料微流控芯片的制作及其自动化 , 2 *
《高等学校化学学报》 20031130 杜晓光，等 聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片的简易热压制作法 , 2 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013097262A1 (zh) * 2011-12-30 2013-07-04 北京瑞斯诺生物医药技术有限公司 一种应用于纳米颗粒制备的高并行微流道芯片
CN103055981A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 苏州汶颢芯片科技有限公司 一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片及其制备方法
CN103822961A (zh) * 2014-03-13 2014-05-28 南京洁态环保科技有限公司 电化学微流芯片及其制备方法
CN103934049A (zh) * 2014-04-14 2014-07-23 西安交通大学 一种刻度式定量即时诊断微流控芯片及其制备方法
CN103934049B (zh) * 2014-04-14 2016-06-08 西安交通大学 一种刻度式定量即时诊断微流控芯片及其制备方法
CN104132988A (zh) * 2014-07-28 2014-11-05 南京邮电大学 一种柔性有机离子敏场效应晶体管的制备方法
CN104475177A (zh) * 2014-12-02 2015-04-01 武汉纺织大学 一种简易高键合强度聚合物微流芯片的制备方法
CN105772120A (zh) * 2016-03-07 2016-07-20 北京同方生物芯片技术有限公司 一种聚合物生物芯片的批量键合封装方法及定位装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101823686B (zh) 2012-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101823686B (zh) 一种热塑性聚合物多层微流控芯片封合方法
WO2011069015A3 (en) Microchannel expanded heat exchanger
US20110101564A1 (en) Method for encapsulating the edge of a flexible sheet
JP2008008880A (ja) プラスチック製マイクロチップ、及びその製造方法、並びにそれを利用したバイオチップ又はマイクロ分析チップ
CN104475177B (zh) 一种简易高键合强度聚合物微流芯片的制备方法
WO2016068334A1 (ja) 人工欠陥材料及びｆｒｐ構造体の製造方法
US5961255A (en) Entry overlay sheet and method for drilling holes
WO2012109724A1 (en) 3d microfluidic devices based on open-through thermoplastic elastomer membranes
CN103269838A (zh) 成型装置及利用该成型装置进行成型的成型方法
CN103861932B (zh) 一种热塑性玻璃纤维增强铝合金层板的成形装置与方法
CN102009514B (zh) 多层板的制作方法
WO2001019502A2 (en) High throughput screening card
CN101138852A (zh) 合层板的制造方法
CN111326827A (zh) 一种液冷散热板制作工艺
CN105268490B (zh) 一种微流控芯片的封装方法
CN105914389A (zh) 一种软包铝壳电芯封边的激光精密焊接方法
EP1738912A3 (en) Ink channel unit
Zhao et al. Highly dynamic tempered in-mold thermocompression bonding of microfluidic chips: Process characteristics and bonding performances
JP5251983B2 (ja) マイクロチップの製造方法
KR101597210B1 (ko) 비 포토리소그래피 기반의 랩온어칩용 마이크로채널 형성방법
Poulsen et al. Laser ablated micropillar energy directors for ultrasonic welding of microfluidic systems
CN202425210U (zh) 一种用于柔性线路板补强贴合的治具
EP2611539B1 (en) Method of bonding
AU2006222661B2 (en) Method and apparatus for welding of polymer composite components
Ng et al. Realization of a microelectrofluidic platform

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120704