CN103273592A

CN103273592A - 一种微流控芯片模具的制备方法

Info

Publication number: CN103273592A
Application number: CN2013102036874A
Authority: CN
Inventors: 叶嘉明
Original assignee: SUZHOU YOUNGCHIP CHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU YOUNGCHIP CHIP TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明的目的是提供一种微流控芯片模具的制备方法，其特征在于该微流控芯片模具是使用高分子聚合物、金属、陶瓷为原材料，采用3D立体打印技术制备而成。具体的制作步骤包括：1)使用计算机辅助设计软件绘制微流控芯片模具的三维立体结构模型；2)选择聚合物材料，使用3D打印机直接加工出微流控芯片模具；3)成型后处理。本发明中提出的基于3D打印技术的微流控芯片模具的制备方法，具有加工成本低廉、速度快、周期短、一次成型。本方法特别适合于科研实验室或者微流控芯片产品的开发工作，具有极重要的科学和实用意义。

Description

一种微流控芯片模具的制备方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，特别是涉及一种微流控芯片模具的快速制备方法。

背景技术

高分子聚合物是制备微流控芯片的一种最常见的材料，由于高聚物具有材料成本和加工成本低廉、适合大批量生产制备等特点，特别适用于微流控芯片的科学基础研究和生产应用两大领域。目前的聚合物微流控芯片的加工方法，主要分为直接加工方法和间接加工方法，其中，基于模具复制的间接制备方法是现在最主要的聚合物芯片的加工方法，这种方法特别适合于聚合物芯片的批量制备，因此在微流控芯片的产业化中具有重要的位置。用于微流控芯片的模具材料包括Si、光刻胶、金属Ni等等。例如，采用基于金属Ni模具的热压或注塑成型方法，可以制备热塑性材料的微流控芯片，包括PMMA、PC、PET等。采用基于SU-8型光刻胶模具的浇注成型法，可以制备PDMS等弹性高分子材料的微流控芯片。目前上述的这些模具，主要采用光刻方法进行制备，虽然光刻法可以获得高质量的模具，但是光刻法制备微流控芯片模具需要昂贵的光刻机和超净室环境，此外还需要显影后烘等工艺，过程繁琐，成本较高，加工周期较长。因此，急需发展一种工艺简便、快速低廉的微流控芯片模具的制备方法。

3D打印技术是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。打印出的产品，可以即时使用。目前，该技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程，和许多其他领域。尤其是在工业设计和数码产品开模等领域，利用3D打印技术可以在数小时内完成一个模具的打印，节约了很多产品从开发到投入市场的时间。而对于结构相对简单的微流控芯片的开发工作而言，如果能够将3D打印技术应用于芯片模具的设计及制备，有望在更短的时间内甚至数分钟内，就能够制备获得一次成型的微流控芯片模具。这种方法将大大缩短芯片研发人员的芯片开发时间，大大提高芯片的研发效率，同时降低微流控芯片产品的开发成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流控芯片模具的制备方法，其特征在于该微流控芯片模具是使用高分子聚合物、金属、陶瓷为原材料，采用3D立体打印技术制备而成。

本发明所提供的微流控芯片模具的制备方法，所采用的高分子聚合物包括光固化材料和热塑性材料。上述材料可以是单一的高聚物，也可以是本体中参杂金属、陶瓷等的改性材料。

本发明所提供的微流控芯片模具的制备方法，其制作步骤如下：

1)使用计算机辅助设计软件绘制微流控芯片模具的三维立体结构模型；

2)选择聚合物材料，使用3D打印机直接加工出微流控芯片模具；

3)成型后处理。

上述的微流控芯片模具的制备步骤中，所述的三维立体结构模型可以是在个人计算机上完成绘制后导入到3D打印机中，也可以是在3D打印机所配置的计算机上直接完成。

上述的微流控芯片模具的制备步骤中，所述的3D打印机可以采用立体光刻造型技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结等工艺加工方式。

上述的微流控芯片模具的制备步骤中，所述的成型后处理，可以采用烘干、风淋、清洗、刷洗等工艺。

本发明中提出的基于3D打印技术的微流控芯片模具的制备方法，可以在较短时间内一次成型，对比现有的制备方法具有以下显著的优点：1)加工成本低廉；2)加工速度快、周期短；3)一次成型。本方法特别适合于科研实验室或者微流控芯片产品的开发工作，具有极重要的科学和实用意义。

附图说明

图1.一种基于3D打印技术的微流控芯片模具的加工流程。

图2.一种基于“逐层叠加”加工方式的微流控芯片模具的制备过程示意图。其中(a)为底层结构示意图；(b)为微凸起结构的示意图。

图3.一种具有相同凸起高度的微流控芯片模具结构示意图。

图4.一种具有不同凸起高度的微流控芯片模具结构示意图。

具体实施方案

下面的实施例将结合说明附图和实施例对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

图1为本发明提供的一种基于3D打印技术的微流控芯片模具的加工流程：首先设计和绘制微流控芯片模具的三维立体结构模型，然后选择模具材料与特定类型的3D打印机，按照模具的三维模型打印芯片模具，最后对芯片模具进行成型后处理，完成微流控芯片模具的加工。

图2为一种基于“逐层叠加”加工方式的微流控芯片模具的制备过程示意图。首先，在3D打印机内预先设定的加工区域内采用“逐层叠加”的加工方式打印出底层(如图2a所示)，然后进一步加工出凸起层而得(如图2b所示)微流控芯片模具。

实施例1一种基于3D打印技术的PMMA微流控芯片模具制备

熔融沉积成型技术，就是把材料用高温熔化成液态，然后通过喷嘴挤压出一个个很小的球状颗粒，这些颗粒在喷出后立即固化，通过这些颗粒在立体空间的排列组合形成实物。PMMA为一种普遍应用于制备微流控芯片的热塑性材料，为采用本发明提供的方法制备PMMA微流控芯片模具，首先绘制微流控芯片模具的三维结构，然后选用“熔融沉积成型”的3D打印机，例如美国的Stratasys公司3D打印机，在打印机喷头内熔化PMMA塑料，然后通过沉积塑料纤维的方式制备芯片模具，微凸起高度均为0.2mm(如图3所示)，最后对成型后的PMMA模具进行80～100°的热处理以实现粗糙结构的平滑化，最终完成PMMA微流控芯片模具的制备。

实施例2一种基于3D打印技术的光刻胶微流控芯片模具制备

立体光刻成型技术，就是把液态的光固化性物质通过打印机喷头在托盘上形成一层极薄的液态高聚物涂层，此涂层然后被置于紫外线下进行固化处理。之后托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来，最终完成立体结构的整体成型。光刻胶例如SU-8是一种常用的微流控芯片材料，为采用本发明提供的方法制备SU-8微流控芯片模具，首先绘制微流控芯片模具的三维结构，然后选用“立体光刻成型”的3D打印机，例如以色列的Objet公司3D打印机，将SU-8光刻胶逐层叠加于打印机托盘上，最后对成型后的SU-8芯片进行显影处理以实现具有不同凸起高度结构的成型(如图4所示)，高度分别为0.2mm和0.4mm最终完成SU-8微流控芯片模具的制备。

实施例3一种基于3D打印技术的金属微流控芯片模具制备

按照图1所示流程，选择特定浓度的参杂金属Ni粉末的光刻胶溶液，使用立体光刻成型的3D打印机，在基底上直接制备出金属Ni模具，微凸起高度均为0.2mm(如图3所示)。

实施例4一种基于3D打印技术的陶瓷微流控芯片模具制备

按照图1所示流程，选择特定浓度的参杂陶瓷粉末的光刻胶溶液，使用立体光刻成型的3D打印机，在基底上直接制备出陶瓷模具，微凸起高度均为0.2mm(如图3所示)。

Claims

1.一种微流控芯片模具的制备方法，其特征在于该微流控芯片模具是使用高分子聚合物、金属、陶瓷为原材料，采用3D立体打印技术制备而成。

2.按权利要求1所述的微流控芯片模具的制备方法，其特征在于，所述的高分子聚合物包括光固化材料和热塑性材料。

3.按权利要求1所述的微流控芯片模具的制备方法，其特征在于，其制作步骤如下：

3)成型后处理。

4.按照权利要求3所述的微流控芯片模具的制备步骤中，所述的三维立体结构模型可以是在个人计算机上完成绘制后导入到3D打印机中，也可以是在3D打印机所配置的计算机上直接完成。

5.按照权利要求3所述的微流控芯片模具的制备步骤中，所述的3D打印机可以采用立体光刻造型技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结等工艺加工方式。

6.按照权利要求3所述的微流控芯片模具的制备步骤中，所述的成型后处理，可以采用烘干、风淋、清洗、刷洗等工艺。