CN102530834B

CN102530834B - 阻抗式微流控芯片的制作方法

Info

Publication number: CN102530834B
Application number: CN201110428708.3A
Authority: CN
Inventors: 胥飞
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102530834A

Abstract

本发明阻抗式微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：①设计掩膜的AutoCAD文件；②将上述文件打印在透明掩膜板上；③将光刻胶甩到硅片上；④将掩膜板盖在光刻胶上光刻显影；⑤得到主模型；⑥涂覆PDMS、放置硅管；⑦将PDMS模型剥离主模型，将所需铜丝放置到竖直通道内；⑧将PDMS模型I与另一个表面光滑的PDMS薄片粘在一起；⑨在水平通道注入氯化钾溶液，在竖直通道注入去离子水；⑩以水平通道的铜丝为阴极，以竖直通道的铜丝为阳极进行电化学反应，将竖直的铜丝断成上下两段；移除水平通道的铜丝，用氯化氢清除通道中的氯化铜；本发明的积极效果是：形成的芯片电极表面光滑，断面基本平行，适合于电阻抗的测量。

Description

阻抗式微流控芯片的制作方法

技术领域

本发明涉及生物医疗技术领域，具体的是一种阻抗式微流控芯片的制作方法。

背景技术

目前，在生物医疗技术领域通常使用金属溅射或真空镀膜形成极薄的阻抗测量所需的金属电极；但是，使用金属溅射或真空镀膜形成极薄的阻抗测量所需的金属电极存在不足：相比较细胞的尺寸，这种金属电极通常很薄，不能形成电容测量通常所需的“面对面”的电极结构，而是形成电容的两个金属面处于同一平面上，这样，测量的精度和范围就比较有限。此外，金属溅射或真空镀膜的方法在使用成本和时间上有改进的空间。

发明内容

本发明要解决上述现有存在的问题，提供一种阻抗式微流控芯片的制作方法，它流程较简单，无需昂贵的溅射或真空镀膜设备，制作形成的断面适合于阻抗测量的需要。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

一种阻抗式微流控芯片的制作方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）设计掩膜的Auto CAD文件；

（2）将步骤（1）设计好的Auto CAD文件用超高精度激光打印机打印在透明掩膜板上；

（3）将光刻胶甩到硅片上；

（4）将透明掩膜板盖在光刻胶上并光刻显影；

（5）揭掉透明掩膜板，冲洗掉未显影的光刻胶，得到主模型；

（6）在显影的硅片上涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS），在通道进出口位置放置硅管，然后在80℃温度下烘干；

（7）将聚二甲基硅氧烷（PDMS）模型剥离主模型，将所需的铜丝放置到竖直方向的通道内；

（8）在光滑的硅片上涂覆聚二甲基硅氧烷，形成表面光滑的二甲基硅氧烷模型；

（9）将步骤（7）得到的二甲基硅氧烷模型表面与步骤（8）得到的表面光滑的PDMS 模型经等离子体氧化后粘合在一起；

（10）在水平通道注入氯化钾（KCl）溶液，在竖直通道内注入去离子水；

（11）在水平通道的一个入口放置另一根铜丝，以该铜丝作为阴极，以竖直通道内的铜丝作为阳极，施加2V的直流电源，在电化学反应的作用下竖直通道内的铜丝暴露在氯化钾（KCl）溶液中的部分逐渐被溶解，最终将竖直方向的铜丝断成上下两段；

（12）移除水平通道内的铜丝，采用氯化氢（HCl）清洗通道，清除通道中的氯化铜（CuCl2）。

可选的，所述的透明掩膜板为透明胶片。

可选的，所述的光刻胶为SU8光刻胶。

本发明的积极效果是：

（1）在制版、光刻、显影等常规的微流体芯片制作的基础上，利用电化学反应，将铜丝在通道交叉处溶解、断开形成两个电极；如此形成的芯片电极表面光滑，断面基本平行，适合于电阻抗的测量。

（2）能够快速、廉价地制作阻抗式微流控芯片，无需金属溅射或真空镀膜那样昂贵的大型设备，有利于推广和应用。

附图说明

附图1为本发明阻抗式微流控芯片的制作方法的流程框图及各步骤内容解释；

附图2为聚苯乙烯混悬液电导值与浓度的变化关系曲线图。

图中的标号分别为；

1、透明掩膜板； 2、光刻胶； 3、硅片； 4、PDMS 模型I；

5、PDMS 模型II； 6、铜丝I； 7、铜丝II。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明阻抗式微流控芯片的制作方法的具体实施方式，但是，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见附图1，一种阻抗式微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：

（1）设计掩膜的Auto CAD文件。

（2）将步骤（1）设计好的Auto CAD文件用超高精度激光打印机打印在透明掩膜板上，所述的透明掩膜板1可采用透明胶片。

（3）采用SU8-100光刻胶2（光刻胶2的厚度为100微米）并将其甩到硅片3上。

（4）将透明掩膜板1盖在光刻胶2上并光刻显影。

（5）揭掉透明掩膜板1，冲洗掉未显影的光刻胶2，得到主模型。

（6）在显影的硅片3上涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS），在通道进出口位置放置硅管，然后在80℃温度下烘干（约3小时）。

（7）将PDMS模型I 4剥离主模型，使用注射器将所需的铜丝放置到竖直方向的通道内，所述铜丝的直径通常小于100微米。

（8）在光滑的硅片上涂覆聚二甲基硅氧烷，形成表面光滑的二甲基硅氧烷模型。

（9）将步骤（7）得到的二甲基硅氧烷模型表面与步骤（8）得到的表面光滑的PDMS 模型II通过等离子体氧化（50W下30秒）后粘合在一起。

（10）在水平通道内注入1Mol/l（即1摩尔每升）的KCl溶液，在竖直通道（即图中穿铜丝I 6的通道）内注入去离子水。

（11）在水平通道的一个入口放置铜丝II并以铜丝II 7作为阴极，以竖直通道内的铜丝I 6作为阳极，施加2V的直流电源，在电化学反应的作用下竖直通道内的铜丝I 6暴露在KCl溶液中的部分逐渐溶解，最终将竖直方向的铜丝I 6断成上下两段。

（12）移除水平通道内的铜丝II 7，采用HCl清洗通道，清除通道中的CuCl2。

本方法制作出来的芯片电极表面光滑，断面平行，适合于电阻抗的测量。

应用实施例

实施前，首先，按所述阻抗式微流控芯片的制作方法制备阻抗式微流控芯片，并用0.1mM的稀盐酸清洗液体通道，以去除铜电极表面的氧化物，增强接触导电性能；然后，用去离子水冲洗3次，防止盐酸中的H+离子和Cl-离子影响试样的导电性能。

本应用实施例的阻抗测量仪器采用通用的阻抗分析仪Agilent4294A。将微流控芯片的电极插入16047D阻抗分析测试夹具接口，再将夹具连接到Agilent4294A阻抗分析仪的测试连接端口；再执行阻抗分析仪的标准校准程序，以对当前测试连接线的阻抗进行补偿。校准后的连接导线应避免触碰，否则需要重新校准。

将直径5～10μm聚苯乙烯微粒悬浮在去离子水中形成30%的混悬液。再用注射器将该混悬液依次稀释到原质量浓度的75%、56.25%、42.19%、31.64%后备用。

依次测量不同质量浓度混悬液的阻抗，得到电导率随质量浓度的变化曲线与理论曲线。由于去离子水的电导率只有约0.1μS/cm，而聚苯乙烯的电导率达到0.1S/cm，因此，混悬液的电导率与聚苯乙烯的浓度成正比。由图2可见其具有相关性，从而证明该阻抗测量芯片具有一定的准确性。

图2是不同浓度下混悬液的电导值示意图：浓度为0时，即去离子水的电导最低。随着浓度的增加，电导值同步增加，基本与浓度成正比，如理论曲线（图中直线）。不同频率下电导值变化并不大，基本重叠，因此，电导值几乎不随频率变化而改变。这也是与理论相符的，因为在50MHz内聚苯乙烯和去离子水都不会发生介电松弛，介电常数和电导率几乎不变。

Claims

1. 一种阻抗式微流控芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设计掩膜的Auto CAD文件；

（3）将光刻胶甩到硅片上；

（4）将透明掩膜板盖在光刻胶上并光刻显影；

（6）在显影的硅片上涂覆聚二甲基硅氧烷，在通道进出口位置放置硅管，然后在80℃温度下烘干；

（7）将聚二甲基硅氧烷模型剥离主模型，将所需的铜丝放置到竖直方向的通道内；

（9）将（7）得到的二甲基硅氧烷模型表面与（8）得到的表面光滑的二甲基硅氧烷模型经等离子体氧化后粘合在一起；

（10）在水平通道内注入氯化钾溶液，在竖直通道内注入去离子水；

（11）在水平通道的一个入口放置另一根铜丝，以该铜丝作为阴极，以竖直通道内的铜丝作为阳极，施加2V的直流电源，在电化学反应的作用下竖直通道内的铜丝暴露在氯化钾溶液中的部分逐渐被溶解，最终将竖直方向的铜丝断成上下两段；

（12）移除水平通道内的铜丝，采用氯化氢清洗通道，清除通道中的氯化铜。

2. 根据权利要求1所述的阻抗式微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述的透明掩膜板为透明胶片。

3. 根据权利要求1所述的阻抗式微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述的光刻胶为SU8光刻胶。