CN102001157B - 一种成型附有储液池的微流控芯片注塑模具 - Google Patents
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Abstract
一种成型附有储液池的微流控芯片注塑模具，属于注塑成型模具技术领域。该注塑成型模具包括热流道系统、模具模架和型腔镶块三个部分。模具主流道采用热流道系统，动模板上采用加长横流道、流线型扇形浇口设计；型腔镶块部分由定模镶块、动模镶块、微细加工镶块及储液池镶块组成。定模镶块配合安装于定模板内，通过螺钉连接；用于成型芯片微通道的微细加工镶块配合安装于定模镶块内且与之连接；动模镶块配合安装于动模板内，通过螺钉连接；储液池镶块插入动模镶块中；合模后，微细加工镶块与动模镶块及储液池镶块之间形成型腔。采用该注塑成型模具可高效率大批量成型附有储液池的塑料微流控芯片。
Description
技术领域
本发明属于注塑成型模具技术领域，特别涉及到一种能够成型表面具有微通道结构并具有储液池的微流控芯片注塑成型模具。
背景技术
微流控芯片是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块尺寸较小的芯片上，在压力泵或者电场作用下形成微流路，达到对样品高通量快速分析的目的，目前已开始在分析化学、生命科学及生物医学器件等领域发挥愈来愈重要的作用。
用于成型微流控芯片的材料有硅、玻璃、石英和塑料等。塑料微流控芯片一般由基片和盖片两部分组成，在基片上成型微通道，在盖片上加工储液池，二者通过后期的键合合成一体形成一完整的微流控芯片。传统上盖片上的储液池需在成型后再利用机械或激光方法加工，费时费力，而且加工质量和尺寸一致性难以保证。如果能将储液池在注塑成型时与微通道一并完成，则将大大提高塑料微流控芯片的生产效率，从而降低微流控芯片的制作成本，为微流控芯片商业化推广奠定了条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微流控芯片注塑成型模具，用于成型表面具有微通道结构并具有储液池的微流控芯片。利用该模具可使微通道和储液池在注塑时一起成型，从而可实现高效率、大批量成型尺寸、形状准确均一的芯片，促进微系统技术的发展
本发明的技术方案如下：
一种能够成型表面具有微通道结构并具有储液池的微流控芯片注塑模具，包括热流道系统、注塑模具模架和型腔镶块三个部分。其中模具主流道采用热流道系统，以减少进入模具中的熔体的注射压力损失；动模板上采用加长横流道、流线型扇形浇口设计，可避免注塑机射出的先期喷泉流体进入型腔，在芯片表面产生成型缺陷。模具模架使用两板式注塑模具模架。模具型腔镶块部分由定模镶块、动模镶块、微细加工镶块和储液池镶块组成。定模镶块配合于定模板内且通过螺钉连接，一侧主要用于固定成型芯片微通道的微细加工镶块，一侧为光板。动模镶块型腔结构设计为矩形通槽，形状与芯片外观尺寸相同，一侧动模镶块与定模微细加工镶块合在一起用于成型微流控芯片的基片；一侧动模镶块与定模光板镶块合在一起用于成型微流控芯片的盖片，用于成型储液池的镶块放于动模镶块中。动模镶块配合安装于动模板内，通过螺钉连接。
为保证储液池与微通道间的通透性，成型储液池的镶块头部设计上要伸入定模镶块中，镶块下部可根据储液池的形状设计成螺纹状或圆柱状；为简化模具结构，螺纹状型芯可在成型脱模后手动脱模。
本发明的效果和益处是采用该注塑成型模具可以高效率大批量成型表面具有微通道结构并具有储液池的塑料微流控芯片。主流道采用热流道系统，减少了注射压力的损失，利于提高微通道复制的完整性，并减少了塑料原料的消耗；采用型腔镶块结构可方便得到矩形型腔；微通道的微凸起结构设置在定模一侧，开模时制品即从微凸起上脱出，可以很好地保持微通道的完整性，避免微凸起结构设置在动模一侧，易产生推出不平稳造成的微通道脱模时的变形；在芯片微通道一侧没有推出痕迹，既便于后续芯片键合，也防止样品泄漏；储液池一体成型，提高了此类微流控芯片的生产效率。本发明有效解决了微流控芯片注塑成型过程中微通道复制不完全和储液池成型等技术难题，将进一步提高微流控芯片的制造水平，促进注塑成型技术在微机械系统领域的应用。
附图说明
图1为本发明微流控芯片注塑成型模具装配示意图。
图2a为微流控芯片基片结构示意图。
图2b为微流控芯片基片截面剖视图。
图2c为微流控芯片盖片结构主视图。
图2d为微流控芯片盖片结构俯视图。
图3-1a为动模镶块6成型基片镶块主视图。
图3-1b为动模镶块6成型基片镶块俯视图。
图3-2a为动模镶块6成型盖片镶块主视图。
图3-2b为动模镶块6成型盖片镶块俯视图。
图4a为芯片、浇口及流道示意图主视图。
图4b为芯片、浇口及流道示意图俯视图。
图中：1热流道组件；2微细加工镶块；3定模板；4储液池镶块；
5定模镶块；6动模镶块；7动模板；8推杆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明注塑成型模具用于成型图示附有储液池的微流控芯片。微通道截面形状为50μm深、70μm宽的矩形。
如图1所示，本发明注塑成型模具一模两腔，主要包括热流道系统、模具模架和型腔镶块三个部分。模具主流道采用热流道系统1，安装固定于定模板3内；型腔镶块由定模镶块5、动模镶块6、用于成型芯片上微通道的镍基微细加工镶块2和组成，定模镶块5与模架中的定模板3配合，且通过螺钉连接；微细加工镶块2与定模镶块5配合，且与之通过螺钉连接，微细加工镶块2表面与定模板3表面持平；动模镶块6与模架中的动模板7配合，且通过螺钉连接；合模后，微细加工镶块2及定模镶块5与动模镶块6之间形成型腔，微细加工镶块2与动模镶块6之间成型微通道的基片结构，如图3-1a及b所示。储液池镶块4及定模镶块5与动模镶块6成型储液池的盖片结构，同时储液池镶块4的头部伸入定模镶块5中，成型储液池芯片表面的贯通小孔，如图3-2a及b所示。
动模板7上横流道设计较长，浇口设计采用流线型扇形浇口，如图4a及图4b所示。
注塑时，塑料熔体首先通过热流道形成的主流道进入动模板上的流道，前期喷泉型流体首先进入图4b所示横流道两端，后续流体通过流线型扇形浇口平稳地进入并充满成型基片与盖片的型腔，经保压冷却，开模后，由推杆8推出得到微流控芯片。根据实际情况，整个注塑过程需1min左右。微流控芯片脱模后，手工取下储液池镶块4。
Claims (1)
1.一种成型附有储液池的微流控芯片注塑模具，包括热流道系统、注塑模具模架和型腔镶块三个部分；其特征在于：型腔镶块包括定模镶块(5)、动模镶块(6)、微细加工镶块(2)及用于成型的储液池镶块(4)，模具主流道采用热流道系统(1)，安装固定于定模板(3)内；注塑模具模架使用两板式注塑模具模架；该注塑模具中定模镶块(5)固定在模具模架内的定模板(3)内，用于成型芯片微通道的微细加工镶块(2)镶嵌于定模镶块(5)内；动模镶块(6)镶嵌在模具模架内的动模板(7)内且通过螺钉连接；合模后，微细加工镶块(2)及定模镶块(5)与动模镶块(6)之间形成型腔，微细加工镶块(2)与动模镶块(6)之间成型为微流控芯片基片结构，储液池镶块(4)、定模镶块(5)与动模镶块(6)成型为微流控芯片盖片的结构；储液池镶块(4)插入动模镶块(6)中，动模镶块(6)一侧成型带储液池结构的芯片；当推杆推出后储液池镶块(4)随同制品一并脱出，手工取下储液池镶块(4)；储液池镶块(4)的头部伸入定模镶块(5)中，成型储液池芯片表面的贯通孔。
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