CN102001615A

CN102001615A - 一种高聚物纳流控芯片的制备方法

Info

Publication number: CN102001615A
Application number: CN 201010270604
Authority: CN
Inventors: 何巧红; 胡贤巧; 陈恒武
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: CN102001615B

Abstract

本发明提供一种高聚物纳流控芯片的制备方法，包括高聚物基片上制备一维纳米或亚微米通道的方法和封接芯片的技术，其特征是，采用无光胶的紫外光光刻技术在高聚物基片上制备纳米或亚微米通道，用紫外光预处理带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片后，在低温低压下进行封合，获得高聚物纳流控芯片，本发明具有制备工艺简单，成本低，成功率高的优点。

Description

一种高聚物纳流控芯片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种芯片的制备方法，更具体的说，是一种制备高聚物纳流控芯片的方法。

背景技术

近年来，随着微流控芯片分析的迅猛发展，纳流控芯片(芯片通道至少一维是1~100 nm范围的纳米尺度) 分析也越来越引起人们的关注。纳流控芯片的制作是纳流控芯片分析的基础。与微流控芯片相比，纳流控芯片对加工技术提出了更高的要求,促使许多特殊的加工技术相继出现，如电子束光刻、聚焦离子束光刻、激光干涉光刻、质子束刻写等，利用这些技术可以准确控制通道的尺寸，在不同材料的基片上制得一维、二维甚至三维的纳通道或纳结构。但是这些技术需要特殊而且昂贵的仪器设备，加工成本极高。

与硅、玻璃、石英芯片相比，高聚物芯片具有成本低、易加工，可以批量生产而成为一次性器件等优势。模具热压法是在高聚物材料上制备纳通道的主要方法，但是热压法需要的模具制作难度大、加工成本高。也有文献报道用热形变机械拉伸法或电击穿法制备高聚物纳流控芯片，但这样制作的纳通道的尺寸难以准确控制。

纳米通道容易变形塌陷，因此芯片的封合是纳流控芯片制备的技术难点。热封合技术是制备高聚物微流控芯片中最常用的封合技术。热封合技术是加热高聚物基片和盖片至软化点温度以上时，施加一定的高压进行封合的一种技术。当利用该技术封合纳米通道时将导致通道的塌陷堵塞。有文献报道，用氧等离子体预处理高聚物基片和盖片后，可以降低封接温度，在软化点温度以下时，加压芯片的进行封合[P. Abgrall, L. N. Low, N. T. Nguyen, Lab Chip 7 (2007) 520-522]。该方法虽然简单，但需要氧等离子体产生器以及相对超净的环境下进行。

发明内容

为了解决现有技术的制备纳控流芯片在一些技术方面的不足，现提供一种工艺简单、成本低的制备高聚物纳流控芯片的方法。

本发明的具体技术方案如下：

本发明是一种高聚物纳流控芯片的制备方法，采用无光胶的紫外光光刻技术，制备带有一维纳米或亚微米通道高聚物材料基片；所制备的纳流控芯片由两片高聚物材料组成：一片是带有纳通道的高聚物基片，另一片是空白高聚物盖片，采用紫外光辐射预处理带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片，在低温低压下封合形成高聚物纳流控芯片，具体步骤为：

1)通过紫外光光刻，在高聚物材料基片上制备纳米或亚微米通道；

2)用紫外光辐射预处理带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片；

3)在水流中，把经过紫外光辐射预处理的带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片贴合；

4)在低温低压下封合带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片，获得高聚物纳流控芯片。

本发明所述的通道其深度是纳米或亚微米尺度，宽度是微米尺度，长度是毫米或厘米尺度。所述的无光胶的紫外光光刻技术是无需现涂光胶，采用以石英为基底的紫外光光刻掩模档光，进行光刻。

本发明所述的紫外光光刻所采用的紫外灯是有臭氧的低压汞灯，其中央输出波长为254 nm，紫外光光刻的时间是决定于所需的通道深度。

本发明所述的紫外光辐射预处理所采用的紫外灯是有臭氧的低压汞灯，其中央输出波长为254 nm，紫外光辐射预处理是把带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片同时放在紫外灯下，辐射1.5-2小时。

本发明所述的在低温低压下封合带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片是在贴合后的基片和盖片两侧分别用两片弹性PDMS片和两片玻璃片夹住，再用四个文具夹夹紧，固定，置于45 °C烘箱中加热30~40 min，进行封合，获得高聚物纳流控芯片。

本发明所述的高聚物材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）或聚苯乙烯（PS）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。

本发明采用无光胶光刻的方法在高聚物材料基片上直接光刻形成纳米或亚微米通道。通过紫外光辐射预处理高聚物基片和盖片，降低封合温度和压力，在低于高聚物软化点温度下，施加一定的低压就可实现高聚物芯片的封合，避免了纳米通道的塌陷问题。在纯净水流中，把两片经过紫外光预处理的高聚物基片和盖片贴合，可避免空气中的尘埃对芯片封接的影响，因此可以在普通实验室中制备高聚物纳流控芯片。本发明的特点是：采用无光胶的紫外光刻方法在高聚物材料基片上直接光刻形成纳米或亚微米通道，以及紫外光辅助低温低压封合制得高聚物纳流控芯片，无须昂贵精密的仪器和特殊的设备，操作简单；整个芯片的制备都可以在普通化学实验室进行，无须超净工作室，工艺简单易掌握，成本低。

附图说明

图1 是高聚物纳流控芯片的制作流程图。

图2 是PMMA基片上通道深度随紫外光刻时间变化的曲线图。

图3是a台阶仪侧得的光刻1 小时的通道剖面图。

图中：1是带通道图案的石英基底掩模，2是高聚物材料基片，3是带通道的高聚物基片，4是空白高聚物盖片，5是流动的纯净水，6是PDMS片，7是玻璃片。

具体实施方式

本发明是一种高聚物纳流控芯片的制备方法，采用无光胶的紫外光光刻技术，制备带有一维纳米或亚微米通道高聚物材料基片；所制备的纳流控芯片由两片高聚物材料组成：一片是带有纳通道的高聚物基片，另一片是空白高聚物盖片，采用紫外光辐射预处理带有通道的高聚物基片和空白高聚物盖片，在低温低压下封合形成高聚物纳流控芯片。

图1 是高聚物纳流控芯片的制作流程图，图中以箭头为分隔共分为五部，步骤如下：

（1）采用以带通道图案的石英基底掩模1档光，进行光刻，在高聚物材料基片2上制备纳米或亚微米通道；

（2）带通道的高聚物基片3成型；

（3）用紫外光辐射预处理带通道的高聚物基片3和空白高聚物盖片4；

（4）在流动的纯净水5中，把经过紫外光辐射预处理的带通道的高聚物基片3和空白高聚物盖片4贴合；

（5）在两片贴合后的基片和盖片两侧分别用两片弹性PDMS片6和两片玻璃片7夹住，再用四个文具夹夹紧、固定。

本发明中高聚物材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）或聚苯乙烯（PS）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等热塑性高分子材料，本实施例以制备高聚物材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的芯片为例作详细说明。

制备PMMA纳流控芯片的步骤如下：

(a)、用能产生臭氧的低压汞灯作为光源，将带通道图案的石英基底掩模1覆盖在0.5-2 mm厚、3 cm ×5 cm的PMMA基片2上，然后将PMMA片置于紫外灯下光刻，制得纳米或亚微米通道，光刻时间取决于所需要的通道深度。图2 是PMMA基片上通道深度随紫外光刻时间变化的曲线图，图3是a台阶仪侧得的光刻1 小时的通道剖面图，光刻条件是有臭氧、254 nm紫外光，其辐射强度为2.07 mW??cm^-1；

(b)、将经过(a)处理的带通道的PMMA基片3和同样大小的空白PMMA盖片4一起放在能产生臭氧的低压汞灯下，紫外光辐射预处理1.5~2小时；

(c)、将经过(b)处理的带通道的PMMA基片和空白PMMA盖片在流动的纯净水5中贴合；

(d)、在将经(c)贴合的PMMA基片和盖片两侧分别贴上PDMS片6和玻璃片7，并用四个文具夹夹紧，所产生压力为(1.19 ± 0.12) ×10⁵Pa；

(e)、把经过(d)固定后的PMMA基片和盖片放入烘箱中，45 °C下保温30~40分钟，封合后取出后，去除两边的PDMS片6和玻璃片7，获得PMMA纳流控芯片。

Claims

1.一种高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，采用无光胶的紫外光光刻技术，制备带有一维纳米或亚微米通道高聚物材料基片（2）；所制备的纳流控芯片由两片高聚物材料组成：一片是带有纳通道的高聚物基片（3），另一片是空白高聚物盖片（4），采用紫外光辐射预处理带有通道的高聚物基片（3）和空白高聚物盖片（4），在低温低压下封合形成高聚物纳流控芯片，具体步骤为：

1)通过紫外光光刻，在高聚物材料基片（2）上制备纳米或亚微米通道；

2)用紫外光辐射预处理带有通道的高聚物基片（3）和空白高聚物盖片（4）；

3)在水流中，把经过紫外光辐射预处理的带有通道的高聚物基片（3）和空白高聚物盖片（4）贴合；

4)在低温低压下封合带有通道的高聚物基片（3）和空白高聚物盖片（4），获得高聚物纳流控芯片。

2.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的通道其深度是纳米或亚微米尺度，宽度是微米尺度，长度是毫米或厘米尺度。

3.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的无光胶的紫外光光刻技术是无需现涂光胶，采用以石英为基底的紫外光光刻掩模档光，进行光刻。

4.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的紫外光光刻所采用的紫外灯是有臭氧的低压汞灯，其中央输出波长为254 nm。

5.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的紫外光光刻的时间是决定于所需的通道深度。

6.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的紫外光辐射预处理所采用的紫外灯是有臭氧的低压汞灯，其中央输出波长为254 nm。

7.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的紫外光辐射预处理是把带有通道的高聚物基片（3）和空白高聚物盖片（4）同时放在紫外灯下，辐射1.5-2小时。

8.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是，所述的在低温低压下封合带有通道的高聚物基片（3）和空白高聚物盖片（4）是在贴合后的基片和盖片两侧分别用两片弹性PDMS片（6）和两片玻璃片（7）夹住，再用四个文具夹夹紧，固定，置于45 °C烘箱中加热30~40 min，进行封合，获得高聚物纳流控芯片。

9.根据权利要求1所述的高聚物纳流控芯片的制备方法，其特征是：所述的高聚物材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）或聚苯乙烯（PS）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。