CN104941703A - 应用3d打印模板和模块化组装制备微流控芯片方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用3D打印模板和模块化组装制备微流控芯片方法；包括：一，采用计算机三维绘图软件设计微流控芯片通道模板，然后利用熔融沉积3D打印出树脂材料作为模板；二，将打印出的模板转移至基底上，通过加热将模板固定到基底上；三，在模板上浇注PDMS，固化脱模，打孔键合，制备微流控芯片。应用模块化组装制备微流控芯片方法；一，3D打印出芯片各个单元模块；二，在基底上将各单元模块进行拼接，放置加热台进行加热，将组装后的芯片模板到基底上；三，浇注PDMS胶，固化脱模，打孔键合，即可。本发明方法快速、低成本、工艺简便，该方法替代传统的光刻工艺，无需在净化间内操作，普通实验条件完全可以满足制备。

Description

应用3D打印模板和模块化组装制备微流控芯片方法

技术领域

本发明涉及一种PDMS微流控芯片制备方法，具体地说，涉及一种应用3D打印模板和模块化组装制备微流控芯片方法。

背景技术

PDMS微流控芯片具有良好的光学特性，无色，透明，无毒，廉价，耐用，具有一定的化学惰性和透光性等优点，在生物医学、环境检测、食品安全、材料制备等领域广泛应用。然而，PDMS微流控芯片制备通常采用软光刻工艺制备，通过制备掩膜版，甩胶，光刻、显影等复杂工艺完成，而且需要在净化间内完成，其制备技术难度大、操作技术要求高，制备周期长等，严重制约其规模化生产和应用。本发明采用熔融沉积3D打印技术制备微流控通道模板，制备微流控芯片，而且通过打印的模板单元进行再组装，快速制备各种功能的微流控芯片，该技术方法工艺简单、成本低、设计灵活、易批量化生产、无需采用复杂的光刻等工艺，普通实验条件下亦可以制备，技术要求低，一般人员很容易掌握操作。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用3D打印模板和模块组装进行低成本、简单、快速制备微流控芯片。

本发明是通过以下技术方案实现的：

根据本发明一方面，本发明提供一种应用3D打印模板制备微流控芯片方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，采用计算机三维绘图软件设计微流控芯片通道模板，通过熔融沉积3D打印模板材料制备微流控芯片模板；

步骤二，将所述微流控芯片模板转移至基底上，通过控制加热温度和时间将模板固定到基底上；

步骤三，配置PDMS胶，将其浇注到所述微流控芯片模板上进行固化，然后脱模，打孔，采用等离子体处理后键合，制备得到PDMS微流控芯片。

优选地，步骤一中，所述三维绘图软件是指creo parametric 2.0、3D-Max、AutoCAD三维软件进行微流控模板设计；步骤一中，所述打印模板材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸树脂、聚乙烯醇、塑料或尼龙。

优选地，步骤二中，所述基底为平面玻璃基底、玻璃皿、或钢板片。

优选地，步骤二中，所述控制加热温度和时间将模板固定到基底上，是指：加热温度是在100-300℃，加热时间为2-100s。

优选地，步骤三中，所述PDMS胶是Sylgard 184，其固化温度在60-80℃，时间为2-12h。

根据本发明第二方面，本发明提供另一种应用3D打印模块化组装制备微流控芯片方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，采用三维绘图软件设计各单元模块：微流控单元模块、芯片混合模块、芯片检测模块、废液储存模块，通过熔融沉积3D打印模板材料打印出各单元模块；

步骤二，将各个单元模块在基底上进行组装，然后放置加热平台进行处理，将各单元模块接合，取下来，自然冷却，浇注PDMS胶，固化脱模，打孔键合，制备具有模块功能组合的微流控芯片。

优选地，所述的将各个单元模块在玻璃基底上进行组装，是指将打印出的单元模块根据芯片设计需求，将各单元模块进行拼接，然后放置在加热平台上进行固定，并对各模块的连接处进行加热融合。

优选地，步骤一中，所述三维绘图软件是指creo parametric 2.0、3D-Max、AutoCAD三维软件进行微流控模板设计；所述打印模板材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸树脂、聚乙烯醇、塑料或尼龙。

优选地，步骤二中，所述基底为平面玻璃基底、玻璃皿、或钢板片；所述控制加热温度和时间将模板固定到基底上，是指：加热温度是在100-300℃，加热时间为2-100s。

优选地，步骤三中，所述PDMS胶是Sylgard 184，其固化温度在60-80℃，时间为2-12h。

本发明步骤三中打印的各单元模块组装，是根据芯片的设计需求，将各个模块可以灵活组装，更快捷的制备为微流控芯片模板。

本发明所提供一种采用3D打印模板和模块化组装制备制备微流控芯片可以大幅度提高现有的微流控芯片制备技术，并可以广泛应用于生物医学、疾病诊断，环境监控，食品安全、材料制备等的检测领域。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明采用熔融沉积3D打印机制备模板，和将模板单元进行模块化组装，作为微流控芯片基底，然后在加热平台上进行加热固定到基底上，然后浇筑PDMS，制备微流控芯片，该方法非常简单、方便、成本低，无需净化间内进行，在一般实验室条件下均可完成。

(2)本发明制备加工方便，无需采用光刻等复杂工艺设备，省却了大量繁琐的微加工工艺；设计更加灵活，生产制备周期显著缩短；可以快速批量生产，成本极低其模板，所用耗材少；操作方便，非专业人员亦可以迅速掌握。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于三维绘图软件设计的微流控通道模板；

图2为通过熔融沉积3D打印PLA树脂模板实物图，其中：图2为单个混合通道图，图b为通过图a进行加工拼装所得到微流控芯片通道；

图3，为通过加热固定到玻璃皿基底上的微流控通道模板；

图4，制备出的微流控芯片实物图，其中：图a为单个混合的微流控芯片，图b为多个混合微流控芯片通道。

图5，为采用3D打印ABS树脂模板制备微流控芯片实物图，图a为打印ABS树脂模板，图b为微流控芯片实物图；

图6为采用3D打印PLA树脂的不同模块，其中：图a为双进口混合单元、图b为4个平行通道单元、图c为出口废液单元，其各单元模块组装后如图d所示；

图7为应用3D打印模板和模块化组装加工制备的微流控芯片实物图，其中：图(a)为双进口混合单元、图(b)为4个平行通道单元、图(c)为出口废液单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例涉及一种应用3D打印模板制备微流控芯片方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，采用三维绘图软件设计微流控管道模板，如图1所示，

步骤二，采用PLA树脂材料进行熔融沉积3D打印出模板，实物图如2所示；

步骤三，将图2中a模板，以及采用图2模板进行裁剪拼接得到的图2中b模板，共同转移到玻璃培养皿基底上，放置在100-300℃的加热平台上，处理2-60s，通过加热将模板固定到玻璃皿基底上，实物图如3；

步骤四，配置PDMS胶，浇注到模板上，放置在60-80℃，2-12h固化；

步骤五，将固化后PDMS脱模，打孔，与玻璃或PDMS基底进行等离子体处理，键合，即得到微流控芯片，如图4中a和b。

步骤六，为了验证所制备的微流控芯片性能，将两种红色和黄色墨水注入所制备的图4中b微流控芯片中，所得的效果如图4中b所示。

实施例2

本实施例涉及一种应用3D打印模板制备微流控芯片方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，采用三维绘图软件设计微流控管道模板；

步骤二，采用ABS树脂材料进行熔融沉积3D打印出模板，实物图如图5中a所示；

步骤三，将打印出的模板转移到玻璃皿上,放置在150-200℃的加热平台上，处理2-60s，通过加热将模具固定到基底上；

步骤四，配置PDMS胶，浇注到模板上，放置在60-80℃，2-4h固化；

步骤五，将固化后PDMS脱模，打孔，与玻璃或PDMS基底进行等离子体处理、键合，即得到微流控芯片如图5中b所示。

实施例3

本实施例涉及一种应用3D打印模块化组装制备微流控芯片方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，采用三维绘图软件设计微流控单元模块、芯片混合模块、芯片检测模块、废液储存模块；

步骤二，采用PLA树脂材料进行熔融沉积3D打印出各种模块单元，如图6中a为微流控芯片混合模块，b微流控平行检测模块，c废液收集模块，；

步骤三，将打印出的各个模块单元转移到玻璃皿基底上进行组装,放置在100-300℃的加热平台上，处理2-60s，通过加热将各模块单元组装连接一体，固定到基底上，如图6中d所示。

步骤四，配置PDMS胶，浇注到组装后模板上，放置在60-80℃，2-4h固化；

步骤五，将固化后PDMS脱模，打孔，与玻璃或PDMS基底进行等离子体处理、键合，即得到具有模块组合的微流控芯片，产品实物图如7所示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一，采用计算机三维绘图软件设计微流控芯片通道模板，通过熔融沉积3D打印模板材料制备微流控芯片模板；

步骤二，将所述微流控芯片模板转移至基底上，通过控制加热温度和时间将模板固定到基底上；

步骤三，配置PDMS胶，将其浇注到所述微流控芯片模板上进行固化，然后脱模，打孔，采用等离子体处理后键合，制备得到PDMS微流控芯片。

2.根据权利要求1所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤一中，所述三维绘图软件是指creo parametric 2.0、3D-Max、Auto CAD三维软件进行微流控模板设计；所述打印模板材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸树脂、聚乙烯醇、塑料或尼龙。

3.根据权利要求1所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤二中，所述基底为平面玻璃基底、玻璃皿、或钢板片。

4.根据权利要求1或3所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤二中，所述控制加热温度和时间将模板固定到基底上，是指：加热温度是在100-300℃，加热时间为2-100s。

5.根据权利要求1所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤三中，所述PDMS胶是Sylgard 184，其固化温度在60-80℃，时间为2-12h。

6.一种应用3D打印模块组装制备微流控芯片的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

步骤一，采用三维绘图软件设计各单元模块：微流控单元模块、芯片混合模块、芯片检测模块、废液储存模块，通过熔融沉积3D打印模板材料打印出各单元模块；

步骤二，将各个单元模块在基底上进行组装，然后放置加热平台进行处理，将各单元模块接合，取下来，自然冷却，浇注PDMS胶，固化脱模，打孔键合，制备具有模块功能组合的微流控芯片。

7.根据权利要求6所述的应用3D打印模块化组装制备微流控芯片，其特征在于，所述的将各个单元模块在玻璃基底上进行组装，是指将打印出的单元模块根据芯片设计需求，将各单元模块进行拼接，然后放置在加热平台上进行固定，并对各模块的连接处进行加热融合。

8.根据权利要求6所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤一中，所述三维绘图软件是指creo parametric 2.0、3D-Max、Auto CAD三维软件进行微流控模板设计；所述打印模板材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸树脂、聚乙烯醇、塑料或尼龙。

9.根据权利要求6所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤二中，所述基底为平面玻璃基底、玻璃皿、或钢板片；所述控制加热温度和时间将模板固定到基底上，是指：加热温度是在100-300℃，加热时间为2-100s。

10.根据权利要求6-9任一项所述的应用3D打印模板制备微流控芯片方法，其特征在于，步骤三中，所述PDMS胶是Sylgard 184，其固化温度在60-80℃，时间为2-12h。