CN103752358B - 一种聚合物微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物微流控芯片，包括基片、盖片和储液池，基片上设置有微沟道，微沟道末端设置有槽，槽中设置有中空的微挤出管。本发明还公开了上述聚合物微流控芯片的制备方法。本发明通过微挤出管的使用，提供一种新的聚合物微流控芯片结构以及制备方法，利用微挤出管代替部分微沟道，从而通过局部键合即可完成芯片的制备，局部键合降低了微流控芯片整片键合的难度，而挤出成型的微挤出管的复制完全，形成的微通道的截面一致性较好。本发明的聚合物微流控芯片采用低成本和高可靠性的键合工艺，极大地降低了键合的难度和提高了键合的精度，易实现批量化和自动化生产，促进了聚合物微流控芯片的实用化和产业化。

Description

一种聚合物微流控芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片，尤其是一种聚合物微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片，又称微全分析系统或芯片实验室，是一项将化学、生物学等领域所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离和检测等过程，缩微或基本缩微到一块几平方厘米的芯片上，并对其结果进行检测与分析的技术。相对传统分析技术，微流控芯片是一“微”而“全”的分析技术平台，也是当前微全分析系统发展的重点。

近年来，随着聚合物材料的广泛应用，一些具有生化兼容特性和易于通过精密注塑及热压等手段大批量生产的塑料成为制造微流控芯片的主要材料（如PMMA、PC、PVC、PDMS、PETG、PE等）。这就克服了以硅或玻璃材料为主的加工工艺生产生物微系统的高成本低产量的局限性。但是，随着聚合物微器件制造成本的逐渐降低，封装成本所占的比重不断上升，据国外多项统计表明:聚合物微器件封装成本占其产品的50%～90%，而产品的问题80％左右是由于封装造成的。目前其封装技术仍是通过改善微电子封装工艺实现的，没有通用性，也未形成统一的标准。因此，与聚合物MEMS技术的快速发展相比，其键合和封装技术已大为落后，成为制造过程中的瓶颈问题。发展低成本、高可靠性的键合封装工艺及装备已成为实现聚合物MEMS器件实用化和产业化亟待解决的关键问题。

聚合物材料的微流控芯片的制备方法主要是采用热压成型或注塑成型加工出基片和盖片，在基片上加工有微沟道，基片与盖片通过键合形成封闭的微通道网络。目前，微流控芯片的键合是实现其批量化和自动化生产的主要瓶颈问题之一。在聚合物微流控芯片制作过程中，要实现整片微结构的密封性键合，需要极高的键合精度和对键合过程的精确控制。另外，采用热压成型或注塑成型的微流控芯片的微沟道难以实现完整填充。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种不需要整片密封性键合的聚合物微流控芯片，通过局部键合即可制备得到聚合物微流控芯片，解决了目前限制聚合物微流控芯片的批量化和自动化生产的主要的限制因素。

本发明的另一目的还在于提供上述聚合物微流控芯片的制备方法。

本发明提供的聚合物微流控芯片，是在现有的聚合物微流控芯片的结构的基础上，利用中空的微挤出管代替部分微沟道即可，中空的微挤出管与基片上保留的微沟道形成微通道网络。

一种聚合物微流控芯片，包括基片、盖片和储液池，基片上设置有微沟道，微沟道末端设置有槽，槽中设置有中空的微挤出管。

当微沟道与微挤出管对接时，为了避免由尺寸误差引起的微沟道可能对微挤出管产生的封堵，优选的，上述聚合物微流控芯片的微沟道截面直径大于或等于微挤出管的内径，更优微沟道截面直径大于微挤出管的内径。

上述聚合物微流控芯片中对于微沟道的设置没有特殊的限定，与目前聚合物微流控芯片的微沟道的结构设置一致，例如微流控芯片微沟道截面形状多采用矩形截面。微挤出管的截面形状可以为矩形截面，圆形截面，梯形截面，三角形截面等。

在上述的聚合物微流控芯片中，盖片上可以设置有槽或者不设置槽，当微挤出管能够完全容纳或设置或镶嵌在基片上的槽内时，盖片上可以不设置槽，也可以设置槽；当微挤出管不能够完全容纳或设置或镶嵌在基片上的槽内时，在盖片上设置槽，微挤出管设置在由基片上的槽和盖片上的槽形成的空间内。

进一步的，当在盖片上设置槽时，盖片上的槽与基片上的槽与可以是完全对称或者非对称的。

在一个优选的实施例中，上述微挤出管的长度与相应的槽的长度相等，相应的槽是指将微挤出管设置在其中的槽。

在上述的聚合物微流控芯片中，微挤出管的形状没有限制，只要是中空的结构。

综上所述，本发明提供的一种聚合物微流控芯片，在现有的聚合物微流控芯片结构基础上，利用中空的微挤出管代替部分的微沟道即得。本发明的聚合物微流控芯片可以使用现有的任何聚合物微流控芯片，例如，由一个基片和两个盖片构成的夹心式聚合物微流控芯片，而不受到聚合物微流控芯片形式、微沟道、基片、盖片等结构的限制。

一种上述聚合物微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备基片：在基片上设置微沟道，微沟道末端设置槽，槽中设置中空的微挤出管，微沟道截面直径大于或等于微挤出管的内径，优选微沟道截面直径大于微挤出管的内径；

（2）制备盖片；

（3）局部键合并加工储液池：将基片与盖片合上，局部键合后，再加工储液池。

在上述制备方法中，当微挤出管能够完全设置或容纳在基片的槽内时，盖片上可以设置有槽或不设置槽，优选不设置槽；当微挤出管不能够完全设置或容纳在基片的槽内时，盖片上设置槽使得微挤出管能够完全容纳或设置在基片的槽和盖片的槽形成的空间内。

一种聚合物微流控芯片的优选的制备方法，上述步骤（3）局部键合并加工储液池具体为：将微挤出管沿管长方向的外径上涂塑料粘接剂或胶水镶嵌在基片的槽中，盖上盖片并对正，施加压力，放置，局部键合，再加工储液池。

上述储液池根据需要进行加工，可以非限制性地包括样品池、废液池、缓冲液池等。

上述局部键合可以选用任何键合方式进行局部键合，例如超声键合、溶剂键、胶粘接键合、微波键合、直接键合、激光键合等。

上述局部键合的点位通常选择包括槽的末端、各储液池、所有的微沟道等。

本发明通过微挤出管的使用，提供一种新的聚合物微流控芯片结构以及新的制备方法，该方法不必对微沟道进行完全的精密键合，而是通过局部成型微沟道，局部键合即可完成芯片的制备，局部键合降低了微流控芯片整片键合的难度，而挤出成型的微挤出管的复制完全，形成的微通道的截面一致性较好。

本发明提供的聚合物微流控芯片，减少了微沟道的长度而采用中空的微挤出管代替部分微沟道，中空的微挤出管与基片上保留的微沟道形成微通道网络。

本发明的聚合物微流控芯片，采用低成本和高可靠性的键合工艺，极大地降低了键合的难度和提高了键合的精度，易实现批量化和自动化生产，促进了聚合物微流控芯片的实用化和产业化。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是实施例2的聚合物微流控芯片的基片的结构示意图。

图2是实施例2的聚合物微流控芯片的盖片的结构示意图。

其中，1-基片，2-盖片，3-样品池，4-缓冲液池，5-废液池，6-微沟道，7-基片上设置的槽，8-微挤出管，9-盖片上设置的槽。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种聚合物微流控芯片，由基片、盖片、样品池、缓冲液池、废液池组成，基片上设置有米字形的微沟道，微沟道的末端都设置有槽，槽中设置有中空的横截面为矩形的微挤出管，微挤出管刚好完全容纳在基片的槽中且长度相等，微挤出管的内径等于微沟道截面直径。

实施例2

如图1-2所示的一种聚合物微流控芯片，由基片1、盖片2、样品池3、缓冲液池4、废液池5组成，基片1上设置有十字型的微沟道6，微沟道的截面为矩形，微沟道矩形截面尺寸为120μm*120μm，微沟道6的末端都设置有槽7，盖片2上的相应位置也设置有与槽7匹配的槽9，基片的槽7和盖片的槽9的截面均为半圆形，其半径均为0.5±0.005mm，基片的槽7和盖片的槽9之间中设置有中空的截面为圆形的微挤出管8，微挤出管8的外径为1.0±0.005mm内径为100μm，微挤出管的长度与相应的槽的长度相等。

实施例3

一种聚合物微流控芯片，由基片、两个盖片、样品池、缓冲液池、废液池组成，基片的两侧分别设置有微沟道，一侧为十字型微沟道，一侧为米字型微沟道，所有微沟道的截面为矩形，微沟道的末端都设置有槽，两个盖片上的相应位置也设置有与基片上相应一侧上的槽相匹配的槽，槽的截面均为半圆形，基片上槽和相应的盖片上的槽之间中设置有中空的截面为圆形的微挤出管，微挤出管的长度与容纳微挤出管的槽的长度相等，盖片分别设置在基片的两侧。

实施例4

一种聚合物微流控芯片，由基片、两个盖片（盖片a和盖片b）、样品池、缓冲液池、废液池组成，基片的两侧分别设置有微沟道，微沟道的截面为矩形，微沟道的矩形截面尺寸都为150μm*150μm，微沟道的末端都设置有槽，基片一侧的微沟道末端设置的槽为矩形截面，槽中设置有中空的截面为矩形的微挤出管，微挤出管完全设置在该槽中，该侧的盖片a上不设置槽。基片另一侧的微沟道末端设置有截面为圆形的槽，该侧的盖片b上的相应位置也设置有与该侧基片上的槽相匹配的槽，盖片b上的槽截面也为半圆形，该侧上的槽和盖片b的槽之间中设置有中空的截面为圆形的微挤出管，微挤出管的长度与将其设置在其中的槽的长度相等。

从以上实施例1-4可以看出，本发明的聚合物微流控芯片，可以采用任意的聚合物微微流控芯片形式，结构不受限制，采用微挤出管代替部分微沟道即可实现。

实施例5

一种上述聚合物微流控芯片的制备方法，步骤如下：

1、制备基片：通过注塑成型出基片，基片上设置微沟道，微沟道末端设置槽。

2、制备盖片：通过注塑成型出盖片。

3、局部键合及加工：将与槽长度相等的内径等于微沟道截面直径的微挤出管镶嵌在基片的槽中，微挤出管的横截面为矩形，微挤出管刚好完全容纳在基片的槽中，盖上盖片并对正，施加压力，放置，局部激光键合，再根据需要加工样品池、废液池、缓冲液池等。

实施例6

一种上述聚合物微流控芯片的制备方法，步骤如下：

1、通过热压成型成型出基片，基片上设置有截面为矩形的微沟道，微沟道的末端设置有槽，槽的截面为半圆形，槽的半径为0.5±0.005mm，矩形截面微沟道的尺寸为120μm*120μm；

2、通过热压成型成型出盖片，盖片上设置有与基片上的槽相对应的槽，槽的截面为半圆形，半径为0.5±0.005mm。

3、将外径为1.0±0.005mm内径为100μm的圆形截面的中空微挤出管沿管长方向中间部位外径涂塑料粘接剂或胶水，分别镶嵌到基片的半圆形槽中，微挤出管分别与相应的半圆形槽的长度相等，盖上盖片并对正，施加一定的压力，放置0.5－1个小时。

4、放置到超声键合平台上，加热到50℃，启动超声波装置在微沟道、微挤出管末端进行局部键合，实现局部区域密封。

5、键合完毕后，放置到室温，加工样品池，废液池，缓冲液池。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种聚合物微流控芯片，包括基片、盖片和储液池，所述基片上设置有微沟道，其特征在于，所述微沟道末端设置有槽，所述槽中设置有中空的微挤出管，所述盖片上与基片上设置的槽的相应位置也设置有槽，两者配合后形成一个可容纳物体的空间。

2.如权利要求1所示的一种聚合物微流控芯片，其特征在于，所述微沟道截面直径大于或等于微挤出管的内径。

3.如权利要求2所示的一种聚合物微流控芯片，其特征在于，所述微沟道截面直径大于微挤出管的内径。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的一种聚合物微流控芯片，其特征在于，所述微挤出管设置在由基片上的槽和盖片上的槽形成的空间内。

5.如权利要求1所述的一种聚合物微流控芯片，其特征在于，所述微挤出管的长度与相应的槽的长度相等。

6.如权利要求4所述的任意一种聚合物微流控芯片，其特征在于，所述微挤出管的长度与相应的槽的长度相等。

7.一种制备如权利要求1-6中任一权利要求所述的聚合物微流控芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备基片：在基片上设置微沟道，微沟道末端设置槽，槽中设置中空的微挤出管，所述微沟道截面直径大于或等于微挤出管的内径；

（2）制备盖片；

（3）局部键合并加工储液池：将基片与盖片合上，局部键合后，再加工储液池。

8.如权利要求7所述的一种聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述盖片上设置槽，所述微挤出管设置在由基片的槽和盖片的槽形成的空间内。

9.如权利要求7所述的一种聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述微挤出管设置在基片的槽内。

10.如权利要求7-9中任一权利要求所述的一种聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）局部键合并加工储液池为：

将微挤出管沿管长方向的外径上涂塑料粘接剂或胶水镶嵌在基片的槽中，盖上盖片并对正，施加压力，放置，局部键合，再加工储液池。