CN102951605A - 一种微流控芯片模具的制作方法 - Google Patents

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本发明公开了一种微流控芯片模具的制作方法。该方法包括如下步骤：（1）将预制作的微流控芯片的图案打印在纸张上，则油墨在所述纸张上形成所述微流控芯片的图案；（2）将经步骤（1）处理后的纸张与溶剂接触，然后将所述纸张与溶剂分离，则所述溶剂在所述图案上形成凸结构，即得到所述纸张为基底、所述溶剂形成的凸结构的微流控芯片模具；所述纸张与油墨具有相反的亲疏水特性，且所述溶剂与所述油墨具有相反的亲疏水特性。本发明将纸张打印应用于微流控芯片模具制作，便于微流控芯片的批量化生产。模具的凸起结构是由液体形成，所形成的结构表面光滑，平整度良好。加工成本极低，无需特殊的加工设备，便于推广普及。

Description

一种微流控芯片模具的制作方法
技术领域
本发明涉及一种微流控芯片模具的制作方法，属于微流控芯片的制作技术领域。
背景技术
微流控芯片技术是以微加工技术为基础，在芯片上形成微缩管路等网络结构，以实现可控的流路来完成物质的运输、混合和后续分析等过程，最终实现对各种生物和化学过程的分析的一种技术。微流控芯片以其样品消耗量小，生物反应高效、快速，分析过程高度集成、自动化等优势，得到人们的广泛关注，是当前的热门研究领域，被广泛应用于生物医学研究、药物筛选、临床诊断、生化检测、司法鉴定等领域。
制作微流控芯片的材料主要有硅片、玻璃、石英和以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为代表的高分子聚合物等。其中，PDMS因其很好的生物相容性、优良的光学性质，以及易于加工和封装，已广泛用于制作微流控芯片。
微流控芯片的加工方法有很多。这些技术按加工对象是否直接是最终的芯片可分为两大类：一类是直接利用机械、激光以及微加工工艺直接在玻璃、金属、硅片、高分子聚合物上加工出微流控芯片图形。这类方法往往工艺比较复杂，且不同批次之间会存在一定的偏差，不利于大规模推广。另一类方法则是首先加工出具有一定微结构的凸起的图形阳模，再以这个模具去复制出与之结构相反的凹下的微结构图形。这类方法只需要加工少量符合要求的模具就可以大量复制出想要得到的图形结构，相比第一类方法且可推广性更强，加工难度也更低，所以得到了更广泛的应用。
目前国内外比较典型的加工微流控芯片模具的方法主要有光刻阳模法、微机械加工法，及基于光刻后的电镀法等。其中光刻阳模法包括基于光刻的电镀法需要在微加工车间以专业设备完成，加工过程繁琐且成本较高，模具制作周期较长。而微机械加工的设备较为昂贵且其因加工精度的限制，加工出的结构的表面平整度较低。此外其他一些加工方法也存在类似的一些问题，如三维打印法，其制作出来的模具表面也较为粗糙，且需要专门的设备才能完成。总之，目前微流控芯片的模具制作方法存在着加工复杂、成本高等诸多缺点，这限制了其实际应用，因此发明一种经济、简便、快速的微流控芯片的模具的加工方法非常必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种微流控芯片模具的制作方法，该制作方法可以降低芯片的加工成本、缩短芯片加工周期。
本发明所提供的一种微流控芯片模具的制作方法，包括如下步骤：
（1）将预制作的微流控芯片的图案打印在纸张上，则油墨在所述纸张上形成所述微流控芯片的图案；
（2）将经步骤（1）处理后的纸张与溶剂接触，然后将所述纸张与溶剂分离，则所述溶剂在所述图案上形成凸结构，即得到所述纸张为基底、所述溶剂形成的凸结构的微流控芯片模具；
所述纸张与油墨具有相反的亲疏水特性，且所述溶剂与所述油墨具有相反的亲疏水特性。
所述的制作方法中，所述纸张为铜板纸或塑料薄膜，其具有一定的刚性，具有光滑表面且能够被打印。
所述的制作方法中，步骤（1）中，通过打印机将所述图案打印到所述纸张上，如激光打印机或喷墨打印机。
所述的制作方法中，所述溶剂具体可为水、甘油、或以水和/或甘油为成分的混合物。
所述的制作方法中，步骤（2）中，所述接触步骤具体可为下述a）、b）和c）中任一种：
a）将所述纸张浸泡到所述溶剂中；
b）将所述溶剂滴加到所述纸张上；和
c）将所述溶剂喷涂在所述纸张上。
所述的制作方法中，若是采用浸泡的方式，可以将纸张从所述溶剂中缓慢、垂直拿起，则实现溶剂和纸张的分离；若采用滴加或喷涂的方式，可通过离心或压缩氮气吹来将纸张上的溶剂移去。无论何种方式处理，最终结果都是溶液会因表面张力局部残留在纸张的特定图案区域，形成光滑的凸的结构。
本发明还进一步提供了微流控芯片的制作方法，包括如下步骤：按照上述的方法制作微流控芯片模具；然后向所述微流控芯片模具内浇注高分子材料如PDMS，固化后揭开所述高分子材料层即得到所述微流控芯片。
本发明具有如下优点：本发明将普通打印机打印的纸张用来制作芯片的模具，利用打印的方法将纸张表面选择性的亲、疏水化，通过与溶剂的接触来利用溶剂形成光滑的凸阳模。其具体优点如下：1、无需光刻等工艺，制作过程非常简单，大大缩短了加工流程和时间。2、将纸张打印应用于微流控芯片模具制作，便于微流控芯片的批量化生产。3、模具的凸起结构是由液体形成，所形成的结构表面光滑，平整度良好。4、加工成本极低，无需特殊的加工设备，便于推广普及。
附图说明
图1为实施例1中的微流控芯片的模具制作过程的实验图和示意图。
图2为实施例2中使用离心或气体吹制作模具的原理示意图。
图3为实施例3中PDMS浇铸的示意图。
图4为利用本发明所制作出来的PDMS结构的实物图。
图5为利用本发明所制作出来的PDMS坑或管道的横截面图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，芯片制作技术和使用方法均为微流控芯片领域的常规技术和方法。
实施例1、使用激光打印机打印铜板纸，利用甘油浸泡法制作微流控芯片模具
如图1所示，首先利用激光打印机将芯片图案打印到铜板纸上。铜板纸上有油墨的地方会呈现疏水特性，而没油墨的空白区域（即芯片图案）会呈现亲水特性。将铜板纸剪成合适的大小浸入甘油中，再缓慢拿起来，则实现甘油和铜版纸的分离，之后甘油会残留在没有油墨的芯片图案区域，（为方便观察，甘油中加了蓝色染料）。粘附在芯片图案处的甘油会因表面张力而收缩形成光滑的弧形凸结构，即得到微流控芯片模具。
实施例2、使用激光打印机打印铜板纸，利用甘油涂抹后离心或气体吹制作微流控芯片模具
图案的打印同实施例1。如图2所示，打印后的铜板纸上通过喷涂或涂抹会形成一层甘油，然后将其放在离心机内离心或使用氮气吹，在合适的离心速度或气体速度下，有油墨的地方甘油的附着力小，甘油就会被甩走，而没有油墨的地方会附着甘油，形成微流控芯片铸模所需的凸结构。
实施例3、使用本发明的方法制作含有微坑和管道结构的PDMS芯片层
如图3所示，将制作出来的模具用双面胶粘在培养皿底部，浇上PDMS预聚物，放入烘箱75℃烘烤1小时后，将成形的PDMS揭下，即获得带有结构的PDMS芯片层。如图4，根据掩膜图形的不同，可以制作含管道、微坑以及他们的组合的图形。而生成的这些管道和微坑具有弧形且光滑的横截面，如图5所示。

Claims (7)

1.一种微流控芯片模具的制作方法，包括如下步骤：
（1）将预制作的微流控芯片的图案打印在纸张上，则油墨在所述纸张上形成所述微流控芯片的图案；
（2）将经步骤（1）处理后的纸张与溶剂接触，然后将所述纸张与溶剂分离，则所述溶剂在所述图案上形成凸结构，即得到所述纸张为基底、所述溶剂形成的凸结构的微流控芯片模具；
所述纸张与油墨具有相反的亲疏水特性，且所述溶剂与所述油墨具有相反的亲疏水特性。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述纸张为铜板纸或塑料薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于：步骤（1）中，通过打印机将所述图案打印到所述纸张上。
4.根据权利要求1或2或3所述的制作方法，其特征在于：所述溶剂为水、甘油或以水和/或甘油为成分的混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制作方法，其特征在于：步骤（2）中，所述接触步骤为下述a）、b）和c）中任一种：
a）将所述纸张浸泡到所述溶剂中；
b）将所述溶剂滴加到所述纸张上；
c）将所述溶剂喷涂在所述纸张上。
6.一种微流控芯片的制作方法，包括如下步骤：按照权利要求1-5中任一项所述的方法制作微流控芯片模具；然后向所述微流控芯片模具内浇注高分子材料，固化后揭开所述高分子材料层即得到所述微流控芯片。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：所述高分子材料为PDMS。
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