CN105129722B - 单面微米级薄膜微通道的制作方法 - Google Patents
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Abstract
单面微米级薄膜微通道的制作方法，该方法利用PDMS预制剂的流动特性，将其用匀胶机甩制形成涂覆于硅片表面的液态薄膜，然后将其加热凝固，制备得到的附着于硅片上的固体薄膜。通过将含有通道结构的PDMS芯片的主体部分键合在带有薄膜的硅片上的方法，利用芯片主体结构和薄膜之间的粘连将薄膜从硅片上取用。以得到单面微米级薄膜的微尺度通道。所涉及的制作方法和处理方法成熟，安全性和可靠性可以得到保证，并且操作过程相对简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于PDMS(polydimethylsiloxane)材料加工的微尺度单面微米级薄膜通道的制作方法，属于微流控芯片加工技术领域。
背景技术
随着小尺度化学、医学或生物分析系统的大力发展，涉及微全分析系统(micrototal analysis ayatems，μTAS)或芯片实验室(lab-on-a-chip)的各种类型的微流控设备和结构被广泛设计和研究，因而出现了各种应用于不同背景下的微流控芯片。微尺度制造技术的高度发展为微尺度流动的研究和应用提供了充分的技术支持，比如光刻以及激光刻蚀等技术能够实现微米级结构的制作等，表面处理技术的发展能够完成不同结构之间的键合，基于此各种新型的流动和控制结构可以从设计转化为成品制造。
PDMS材料以其较高的可塑性和适应性以及较低制作成本的优势，被广泛地应用于微流控芯片的制作中。PDMS的液态形式使其能够较好地填充于微结构模板，完整地复制微尺度结构的各个细节，凝固后的弹性软材料特质有助于将其从模板中完好地剖离，以得到微流控芯片结构，进而将其键合于基底上形成微流控芯片。利用离心原理的匀胶技术可以将液体涂覆于硅片上，较为简易地形成微米级薄膜，该方法在微流控芯片模板的光刻过程中被广泛应用。
基于微流控芯片的设计需要，以及现有PDMS加工技术在微流控芯片制作过程中的成熟应用，为制作得到特性效果的具有单面薄膜结构的微流控芯片实验模型，尝试将各种加工方式有益结合。
发明内容
本发明是基于PDMS材料加工，制作单面微米级薄膜微通道结构的一种方法。分别通过PDMS在模板上浇筑，以及离心匀胶机对硅片甩制获得微流控芯片的主体结构和薄膜结构，利用电晕机将二者键合，以制得单面微米级薄膜微流控芯片。利用PDMS材料由胶状液体通过烘烤逐渐凝固成为固体的特性，通过匀胶机制备PDMS材质的薄膜并将其键合于微通道主体结构之上，形成单面薄膜结构的微尺度通道。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为单面微米级薄膜微通道的制作方法，所述基于PDMS(polydimethylsiloxane)材料加工的微尺度单面微米级薄膜通道的制作方法，包括以下步骤：
S1微结构制作：将PDMS预制试剂浇注于带有微通道结构的模板上，然后放于烘箱中烘烤使PDMS凝固。将凝固后的PDMS揭下并切割获得单面开口的微流控芯片固体结构。
S2薄膜制备：将PDMS试剂放于硅片上甩制形成薄层胶质膜(膜厚与PDMS预制试剂的配合比例以及甩胶机的转速有关)，最后放于烘箱中使胶质膜凝固形成固体弹性膜。由于膜层太薄，不能直接从硅片上剥离。
S3芯片键合：将S1中切割好的单面开口的微流控芯片固体结构利用电晕机处理后键合于带有薄膜的硅片上，并轻微按压以确保二者贴合充分，然后放于温度约为90℃的热板上烘烤10～20分钟。
S4芯片取用：用刀片沿键合于硅片上的微流控芯片的固体结构部分的边缘轻轻划开，将该部分从硅片上取下，因薄膜结构粘合其上而被一同取下。完成单面微米级薄膜微通道的制作。
本发明可以制作单面薄膜结构的微流控芯片，所涉及的制作和处理方法成熟，可靠性可以得到保证，并且操作过程简单。
附图说明
图1是本发明单面微米级薄膜微通道的制作方法的操作步骤流程图。
图2是本发明单面微米级薄膜微通道的薄膜取用过程示意图。
图3是利用本发明单面微米级薄膜微通道的制作方法制得的某一芯片的横截面结构图。
具体实施方式
下面结合本发明的内容提供下壁面为弹性薄膜壁面的T形微通道的具体制作过程，具体步骤为：
1)主体通道结构制备过程：
将PDMS(聚二甲基硅氧烷)主剂和凝固剂按照10:1的比例混合均匀，然后将该试剂置于常温真空环境中约40～60分钟，直至气泡全部析出为止，将其浇筑到含有T形微通道凸模的硅片上，并放于温度为65℃的烘箱中1小时左右，使其凝固。待PDMS凝固之后，将其从硅片模板上揭下，并切割出带有完整T形微通道结构的微流控芯片的主体部分。
2)薄膜制作过程
与上面步骤相同，配制PDMS混合试剂并置于常温真空环境中析出气泡。将干净的空白硅片置于离心匀胶机上，然后将PDMS混合试剂倒在硅片中央并开启匀胶机，使PDMS试剂被甩制形成液态膜附着于硅片上，将带有液膜的硅片放于烘箱中使PDMS膜凝固形成固体弹性膜。
3)薄膜取用过程
将含有T形微通道凹槽的PDMS微流控芯片主体部分的出入口处用打孔器打孔。利用电晕机处理器将芯片主体部分中含有通道结构的那面，以及硅片上的薄膜面处理3～5秒，然后将两者键合。
将键合后的硅片(其上带有芯片主体结构)置于约90度的热板上加热约15分钟。然后用刀片沿芯片主体结构的边缘轻轻划开，将芯片主体结构取下，此时薄膜已经附着在芯片主体结构上，单面薄膜的微通道制作完成。
Claims (1)
1.单面微米级薄膜微通道的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，
S1微结构制作：将PDMS预制试剂浇注于带有微通道结构的模板上，然后放于烘箱中烘烤使PDMS凝固；将凝固后的PDMS揭下并切割获得单面开口的微流控芯片固体结构；
S2薄膜制备：将PDMS试剂放于硅片上甩制形成薄层胶质膜；其中，薄层胶质膜的厚度与PDMS预制试剂的配合比例以及甩胶机的转速有关，最后放于烘箱中使胶质膜凝固形成固体弹性膜；由于膜层太薄，不能直接从硅片上剥离；
S3芯片键合：将S1中切割好的单面开口的微流控芯片固体结构利用电晕机处理后键合于带有薄膜的硅片上，并轻微按压以确保二者贴合充分；
S4芯片取用：用刀片沿键合于硅片上的微流控芯片的固体结构部分的边缘轻轻划开，将该部分从硅片上取下，因薄膜结构粘合其上而被一同取下；完成单面微米级薄膜微通道的制作；
单面微米级薄膜微通道的制作方法，流程如下：
1)主体通道结构制备过程：
将PDMS主剂和凝固剂按照10:1的比例混合均匀，然后将该试剂置于常温真空环境中40～60分钟，直至气泡全部析出为止，将其浇筑到含有T形微通道凸模的硅片上，并放于温度为65℃的烘箱中1小时左右，使其凝固；待PDMS凝固之后，将其从硅片模板上揭下，并切割出带有完整T形微通道结构的微流控芯片的主体部分；
2)薄膜制作过程
与上面步骤相同，配制PDMS混合试剂并置于常温真空环境中析出气泡；将干净的空白硅片置于离心匀胶机上，然后将PDMS混合试剂倒在硅片中央并开启匀胶机，使PDMS试剂被甩制形成液态膜附着于硅片上，将带有液膜的硅片放于烘箱中使PDMS膜凝固形成固体弹性膜；
3)薄膜取用过程
将含有T形微通道凹槽的PDMS微流控芯片主体部分的出入口处用打孔器打孔；利用电晕机处理器将芯片主体部分中含有通道结构的那面，以及硅片上的薄膜面处理3～5秒，然后将两者键合；
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