CN102553506A - 一种利用光刻在pdms上直接形成图形的方法 - Google Patents

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牟诗城
徐超
吴元庆
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Abstract

一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于它包括如下步骤：①由PDMS基体和固化剂混合形成PDMS混合剂；②将苯甲酮晶体溶解于二甲苯中，形成苯甲酮溶液；在PDMS中加入苯甲酮，形成对紫外光敏感的PDMS；③先将玻璃片用硫酸双氧水混合液浸泡，再分别用丙酮、甲醇和去离子水浸泡和冲洗干净，而后用氮气吹干；④使用紫外灯对其进行曝光；⑤曝光后，进行后烘，PDMS未曝光的部分被固化，PDMS曝光的部分保持原来的状态；⑥将未固化的PDMS用甲苯浸泡去除；将玻璃片用异丙醇冲洗干净，后用氮气吹干；完成图形的形成。本发明为一种新颖的低成本、快速、简单的工艺，实现了在PDMS上直接制作图形。

Description

一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法
(一)技术领域：
本发明涉及微流控芯片的制备方法，尤其是一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法。
(二)背景技术：
片上实验室(LOC)系统在化学和生命科学里有着各种应用。在对低成本、一次性器件需求的驱动下，LOC领域正在经历迅速的发展和壮大，很多LOC器件都是由PDMS材料所制作，这种材料与硅和玻璃相比有着很多优势。其中最大的一点就是它简单和低廉的制作工艺，能够实现快速的图形转移。它的光学透过性很好，有利于各种各样的光学检测和显微技术。由于对细胞没有毒性，且具有一定的气体透过性，PDMS成为了生物研究中最受欢迎的一种材料。PDMS在-50℃至200℃的范围内都能保持很好的柔性和稳定性，这是很多材料都不具备的性能。此外，它的表面还可以通过吸附蛋白质或等离子体处理的方式加以修饰，以获得特殊的表面性能。固化的PDMS片表面通过氧等离子体处理后可以与另一片PDMS或玻璃实现很好的封接。
目前制作基于PDMS的微流体器件的基本流程如下面所述。首先，利用传统的微加工工艺制作模板，该模板的图形结构与所需要得到的PDMS图形结构相反。制作时，将PDMS与相应的固化剂按照10∶1的比例混合，浇注在模板的表面，并在80℃的温度下保持2小时，然后进行脱模，最后得到包含微结构的PDMS薄膜。
制作模板的微加工工艺在整个流程里只进行一次，制作出的模板可以复制多个PDMS图形结构。但是，模板的制作对环境和设备的要求很高，需要超净间等设施，这就增大了工艺的时间和成本，整个流程也会受到这一步关键工艺的制约。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，它能够解决现有技术的不足，是一种新颖的低成本、快速、简单的工艺。
本发明的技术方案：一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于它包括如下步骤：
①由PDMS基体和固化剂按10∶1混合形成PDMS混合剂；
②将苯甲酮晶体溶解于二甲苯中，形成苯甲酮溶液；在PDMS中加入苯甲酮，形成对紫外光敏感的PDMS；把这种混合液称作光敏PDMS；
③先将玻璃片用硫酸双氧水混合液浸泡12分钟，再分别用丙酮、甲醇和去离子水浸泡和冲洗干净，而后用氮气吹干；
④将光敏PDMS旋涂在玻璃片上，把光刻所用光刻铬掩膜板置于玻璃片之上，在铬板和玻璃片之间保持一定的空隙；使用紫外灯对其进行曝光；曝光的紫外波长＜365nm，时间10分钟；
⑤曝光后，将玻璃片在120℃下进行后烘，固化时间40-120秒，经过后烘，PDMS未曝光的部分被固化，PDMS曝光的部分保持原来的状态；
⑥将未固化的PDMS用甲苯浸泡3-5秒进行去除；之后，将玻璃片用异丙醇冲洗干净，后用氮气吹干；完成图形的形成。
上述所说的步骤②中在PDMS中加入苯甲酮是：将苯甲酮溶液与PDMS混合剂按1∶33质量比混合，混合时间15分钟，这种混合物在真空箱内抽气以消除其内部溶解的气泡。
上述所说的步骤③中的硫酸双氧水混合液为硫酸和双氧水按7∶3体积比混合。
上述所说的步骤④中铬板和玻璃片之间保持的空隙＜80μm。
上述所说的步骤④中紫外灯的强度为12mWcm-2。
上述所说的步骤⑤固化时间随着薄厚度的增加而延长。
本发明的优越性：1、本发明为一种新颖的低成本、快速、简单的工艺，实现了在PDMS上直接制作图形；2、PDMS中加入苯甲酮后，可以依靠紫外光进行光刻，然后进行固化和显影；3、苯甲酮是一种光敏感试剂，在紫外光的作用下，可以触发丙烯酸盐单体与其他功能团之间发生游离基聚合；4、本发明简化了传统工艺中对模板的依赖，同时，该工艺对环境光线不敏感，可以利用便携式的紫外光源来实现曝光操作，整个工艺不需要超净间等设施。
(四)附图说明：
附图为本发明所涉一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法的流程图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法(见附图)，其特征在于它包括如下步骤：
①由PDMS基体和固化剂按10∶1混合形成PDMS混合剂；
②将苯甲酮晶体溶解于二甲苯中，形成苯甲酮溶液；在PDMS中加入苯甲酮，形成对紫外光敏感的PDMS；把这种混合液称作光敏PDMS；
③先将玻璃片用硫酸双氧水混合液浸泡12分钟，再分别用丙酮、甲醇和去离子水浸泡和冲洗干净，而后用氮气吹干；
④将光敏PDMS旋涂在玻璃片上，把光刻所用光刻铬掩膜板置于玻璃片之上，在铬板和玻璃片之间保持一定的空隙；使用紫外灯对其进行曝光；曝光的紫外波长＜365nm，时间10分钟；
⑤曝光后，将玻璃片在120℃下进行后烘，固化时间40-120秒，经过后烘，PDMS未曝光的部分被固化，PDMS曝光的部分保持原来的状态；
⑥将未固化的PDMS用甲苯浸泡3-5秒进行去除；之后，将玻璃片用异丙醇冲洗干净，后用氮气吹干；完成图形的形成。
上述所说的步骤②中在PDMS中加入苯甲酮是：将苯甲酮溶液与PDMS混合剂按1∶33质量比混合，混合时间15分钟，这种混合物在真空箱内抽气以消除其内部溶解的气泡。
上述所说的步骤③中的硫酸双氧水混合液为硫酸和双氧水按7∶3体积比混合。
上述所说的步骤④中铬板和玻璃片之间保持的空隙＜80μm。
上述所说的步骤④中紫外灯的强度为12mWcm-2。
上述所说的步骤⑤固化时间随着薄厚度的增加而延长。

Claims (6)

1.一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于它包括如下步骤：
①由PDMS基体和固化剂按10∶1混合形成PDMS混合剂；
②将苯甲酮晶体溶解于二甲苯中，形成苯甲酮溶液；在PDMS中加入苯甲酮，形成对紫外光敏感的PDMS；把这种混合液称作光敏PDMS；
③先将玻璃片用硫酸双氧水混合液浸泡12分钟，再分别用丙酮、甲醇和去离子水浸泡和冲洗干净，而后用氮气吹干；
④将光敏PDMS旋涂在玻璃片上，把光刻所用光刻铬掩膜板置于玻璃片之上，在铬板和玻璃片之间保持一定的空隙；使用紫外灯对其进行曝光；曝光的紫外波长＜365nm，时间10分钟；
⑤曝光后，将玻璃片在120℃下进行后烘，固化时间40-120秒，经过后烘，PDMS未曝光的部分被固化，PDMS曝光的部分保持原来的状态；
⑥将未固化的PDMS用甲苯浸泡3-5秒进行去除；之后，将玻璃片用异丙醇冲洗干净，后用氮气吹干；完成图形的形成。
2.根据权利要求1所说的一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于所说的步骤②中在PDMS中加入苯甲酮是：将苯甲酮溶液与PDMS混合剂按1∶33质量比混合，混合时间15分钟，这种混合物在真空箱内抽气以消除其内部溶解的气泡。
3.根据权利要求1所说的一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于所说的步骤③中的硫酸双氧水混合液为硫酸和双氧水按7∶3体积比混合。
4.根据权利要求1所说的一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于所说的步骤④中铬板和玻璃片之间保持的空隙＜80μm。
5.根据权利要求1所说的一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于所说的步骤④中紫外灯的强度为12mWcm-2。
6.根据权利要求1所说的一种利用光刻在PDMS上直接形成图形的方法，其特征在于所说的步骤⑤固化时间随着薄厚度的增加而延长。
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