CN103265179A - 一种玻璃微通道的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明采用的技术方案是在玻璃基片表面采用雕刻有镂空图形的双面胶为牺牲层，再结合湿法刻蚀制作玻璃微通道。制作过程无需使用光刻方法所需的试剂与设备，加工快速简便，成本低，特别适合于玻璃微流控芯片快速、大批量的制备。使用本发明提供的方法还可以应用于硅、石英或金属基底上的微通道制作。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃微通道的制作方法。
背景技术
微流控芯片又称为微全分析系统，是一类以微通道网络为结构特征的微型反应或分析系统。由于具有分析速度快、试剂消耗少、使用成本低、易集成和自动化等优点，微流控芯片已成为当前十分活跃的科学前沿，并在化学、生物、医学等领域的研究中得到广泛的应用。
用于制作微流控芯片的材料主要有玻璃、石英与高分子聚合物等，其中玻璃由于具有优异的光学性能与良好的电渗性能而成为微流控芯片的最常用材料之一。玻璃微流控芯片的制作分为微通道的加工和键合两部分，其中玻璃微通道的特征尺寸为宽度一般小于两百微米，深度为数十微米，其加工主要通过对表面具有微通道图形的牺牲层的玻璃基片进行湿法刻蚀而实现，由于玻璃在HF腐蚀液体系中的刻蚀速率较快(一般可达每分钟数微米)，并且湿法刻蚀可以在刻蚀槽中大批量进行，因此制约玻璃微流控芯片加工速度的关键步骤是牺牲层微图案的制作。
目前，玻璃微流控芯片主要以光刻胶/铬，光刻胶/金/铬或单纯光刻胶为牺牲层，采用标准光刻结合湿法刻蚀的方法进行制备，虽然这种方法可以获得高质量的玻璃微通道，但是所涉及的掩模制作与曝光显影等步骤需要昂贵的仪器、超净室环境以及繁琐的制备过程，无法满足快速及批量生产的需要。
在微通道制备过程中，除了采用光刻技术外，还可以采用激光烧蚀、微细电解加工等方法进行牺牲层的微图形加工。例如，刘晓清等提出先在玻璃基片表面的金/铬层上涂一层指甲油，采用CO2激光在指甲油上烧蚀出微通道图形，在此基础上去除Au和Cr牺牲层，然后进行玻璃的刻蚀与键合(刘晓清，郝苇苇，高巍巍，周勇亮，传感技术学报，2006，19，2038-2040)。虽然采用这种方法可以进行玻璃芯片的快速制备，但是限于CO2激光在指甲油上的加工精度，这种方法获得的玻璃通道整体质量较差，表现在通道宽度在数百微米以上，并且通道边缘均匀性较差。此外，还有一些玻璃通道的简易制备方法被提出，例如宋学君等提出直接以凡士林油、羊毛脂复合物为牺牲层，采用不锈钢针尖划出细缝图形继而湿法刻蚀玻璃微通道的方法(宋学君，武士威，孙挺，中国发明专利，公开号CN1778748A)。这种方法虽然工艺简单、成本较低，但是由于采用针尖在牺牲层划痕的工艺，加工精度与重现性较差，因此在微流控芯片的实际研究中难以推广。
综上所述，现有的玻璃微通道的制备方法或是成本高、过程繁琐，或是加工质量差，或是加工速率慢。迄今为止，还没有一种低成本、工艺简单、快速并且加工精度较高的玻璃微通道的制作方法。
发明内容
本发明的目的在于针对目前玻璃通道制作中的上述问题，提供一种新的玻璃微通道的制备方法。
本方法不需要复杂的仪器设备及严格的实验条件，可实现玻璃芯片制备过程中牺牲层的简便快速、低成本、高精度的微加工，从而建立一种适用于普通实验室进行玻璃芯片的加工工艺。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是在玻璃基片表面采用雕刻有镂空图形的双面胶为牺牲层，再结合湿法刻蚀制作具有微通道结构的玻璃芯片。
本发明所提出的一种玻璃微通道的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微通道图形，并在双面胶基材上加工出镂空的微通道结构；
2)将加工好的双面胶掩膜和玻璃基片粘贴封合；
3)将玻璃基片放入氢氟酸腐蚀液中进行湿法刻蚀，刻蚀至所需深度后取出，将双面胶从基片表面剥离，得到具有微凹槽结构的玻璃基片。
在步骤1)中，所述的双面胶的微通道加工方法包括激光刻蚀或其他切割方式。
在步骤2)中，所述的双面胶和玻璃粘贴后，玻璃基片的表面只有微通道区域暴露在外，其他区域被双面胶覆盖。
在步骤3)中，所述的氢氟酸的浓度为0.01～3摩尔/升，可以包含HNO3、HCl、NH4F等其它物质。所述的微凹槽的深度为0.1～1000微米。
本发明所提供的玻璃微通道的制作方法，其特征在于在制作过程无需使用光刻方法所需的试剂与设备，加工快速简便，成本低，特别适合于玻璃微流控芯片快速、大批量的制备。使用本发明提供的方法还可以应用于硅、石英或金属基底上的微通道制作。
附图说明
图1.一种玻璃基杂合微流控芯片的加工过程示意图。其中，(a)为双面胶的通道加工；(b)为双面胶和玻璃芯片粘贴；(c)通道的刻蚀；(d)为双面胶剥离。
具体实施方案
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1一种玻璃微通道的制备
图1为本发明提供的一种玻璃微通道的加工过程示意图。具体制备过程如下：首先利用CO2激光雕刻技术在双面胶基材上加工出镂空的微通道结构；接着将双面胶和玻璃粘贴，并置于HF溶液中进行刻蚀；最后，将双面胶从玻璃基材表面剥离，获得玻璃微通道。
实施例2一种硅片上微通道的制备
硅片上微通道的制备过程如图1所示，具体制备过程如下：首先利用CO2激光雕刻技术在双面胶基材上加工出镂空的微通道结构；接着将双面胶和硅片粘贴，并置于刻蚀液中进行刻蚀；最后，将双面胶从硅片基材表面剥离，获得微通道。
实施例3一种铜板上微通道的制备
铜板上微通道的制备过程如图1所示，具体制备过程如下：首先利用CO2激光雕刻技术在双面胶基材上加工出镂空的微通道结构；接着将双面胶和抛光的铜板粘贴，并置于酸性刻蚀液中进行刻蚀；最后，将双面胶从铜板基材表面剥离，获得微通道。
Claims (7)
1.一种玻璃微通道的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)用计算机辅助设计软件设计和绘制微通道图形，并在双面胶基材上加工出镂空的微通道结构；
2)将加工好的双面胶掩膜和玻璃基片粘贴封合；
3)将玻璃基片放入氢氟酸腐蚀液中进行湿法刻蚀，刻蚀至所需深度后取出，将双面胶从基片表面剥离，得到具有微凹槽结构的玻璃基片。
2.如权利要求1所述的玻璃微通道的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述的双面胶的微通道加工方法包括激光刻蚀或其他切割方式。
3.如权利要求1所述的玻璃微通道的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述的双面胶和玻璃粘贴后，玻璃基片的表面只有微通道区域暴露在外，其他区域被双面胶覆盖。
4.如权利要求1所述的玻璃微通道的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述的氢氟酸的浓度为0.01～3摩尔/升，可以包含HNO3、HCl、NH4F等其它物质。
5.如权利要求1所述的玻璃微通道的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述的微凹槽的深度为0.1～1000微米。
6.如权利要求1所述的玻璃微通道的制备方法，其特征在于在制备过程无需使用光刻方法所需的试剂与设备，加工快速简便，成本低，特别适合于玻璃微流控芯片快速、大批量的制备。
7.使用本发明提供的方法还可以应用于硅、石英或金属基底上的微通道制作。
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