CN105536897A - 上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法，本发明借鉴微尺度薄膜的制作和取用方法，利用PDMS凹槽的尺寸和键合位置来实现微流控芯片上下两壁面指定长度和指定位置的可动。甩制带微通道结构的薄膜；制作凹槽结构和基底；将带有凹槽结构的PDMS固体块上凹槽的开口侧键合到薄膜通道设定想要可动的位置；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开得到上壁面可动的固体结构。将通道开口侧键合到薄膜的凹槽处，位置与凹槽位置在竖直方向上重合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开得到需要的固体块。键合基底；本发明可以利用凹槽实现微尺度通道上下两壁面的可动，所涉及的制作和处理方法成熟，可靠性可以得到保证。

Description

上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于PDMS(polydimethylsiloxane)材质，利用凹槽实现上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法。借鉴微尺度薄膜的制作和取用方法，利用PDMS凹槽的尺寸和键合位置来实现微流控芯片上下两壁面指定长度和指定位置的可动。
背景技术
面对资源消耗的压力，微型化反映了人类对于资源利用的优化，逐渐成为人类社会发展的趋势。此外，世界上有很多技术与液体操控密不可分，而当被操控的流体在微米尺度的空间流动时会出现很多不同于宏观尺度的现象，其中一部分至今还没有被人们充分认识，这些都需要我们借助一种微型化而又可以方便操控全局的工具。
微流控芯片技术在微米尺度下对液体进行操控，消耗试剂少，反应效率高，体系封闭稳定，可以承载多种单元技术并使之灵活组合和规模集成，为未来研究和检测提供了一种新型平台。实验时可以将样品从离散相通道注入，在连续相和通道壁面的作用下生成单独包裹微小体积的样品液滴，随着连续相沿设定路径运动；也可以在芯片上设计特殊的结构将液滴停留，进行监测；还可以生成不同成分的液滴，通过液滴融合来添加反应剂，进行特定生化反应与检测。通过研究不同控制功能的实现条件，以及进一步的结构优化，设计能够实现多种功能集成的系统芯片，最终实现反应检测的一体化。
在传统芯片制作方法的基础上，结合离心匀胶机甩制PDMS薄膜时转速和膜厚的关系，得到含有微通道结构的不同厚度的薄膜，可以与凹槽等别的结构配合来实现对通道壁面的可动控制。
发明内容
本发明是一种以PDMS为材质，制作在上下两壁面指定位置实现指定长度可动的微通道结构的方法。利用离心匀胶机甩制带有微通道结构的薄膜，结合凹槽正反两种键合方向，实现上下两处薄膜与通道结构的等间距键合。上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法，本制作方法包括以下步骤：
1)甩制带微通道结构的薄膜：将PDMS主剂和凝固剂混合后的预制试剂浇注于带有微通道结构和凹槽结构的模板上，将模板放置于离心匀胶机的托盘上，转速调至300rpm并保持足够长时间；放置于65℃烘箱中约1小时使PDMS凝固。
2)制作凹槽结构和基底：同1)中的方法，将预制试剂浇筑于带有凹槽结构的模板上，直接放置于65℃烘箱中约1小时；待凝固后切开，分别得到带有凹槽结构的PDMS固体块和平整的PDMS基底块。
3)上壁面可动过程：将带有凹槽结构的PDMS固体块上凹槽的开口侧键合到1)中薄膜通道设定想要可动的位置；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开得到上壁面可动的固体结构。
4)下壁面可动过程：将通道开口侧键合到1)中薄膜的凹槽处，位置与3)中凹槽位置在竖直方向上重合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开得到需要的固体块。
5)键合基底：将4)得到固体块上凹槽的开口侧键合到2)得到的基底块上；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开，最终得到实现上下两壁面可动的微流控芯片。
所述1)中匀胶机的转速和微通道的高度有关；1)和2)中所用凹槽的结构和尺寸是一样的。
本发明可以利用凹槽实现微尺度通道上下两壁面的可动，所涉及的制作和处理方法成熟，可靠性可以得到保证。
附图说明
图1是本发明上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法的操作步骤流程图。
图2是本发明上下两壁面可动的微流控芯片的凹槽键合过程示意图。
图3是利用本发明上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法制得的某一芯片的横截面结构图。
注：图2中通道结构和凹槽结构用虚线标出，表示这些结构的开口面都设置在该固体块的下表面。
具体实施方式
如图1-3，以下结合本发明的内容提供利用凹槽实现微尺度通上下两壁面可动的具体制作过程，具体步骤为：
1)甩制带微通道结构的薄膜：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，置于常温真空环境中析出全部气泡，将其浇筑到含有微尺度通道结构和凹槽结构凸模的硅片上；将硅片放置于离心匀胶机的托盘上，转速调至300rpm并保持足够长时间；甩膜结束后将硅片放置于65℃烘箱中约1小时使其凝固，得到厚度略大于通道高度、带有微通道结构和凹槽结构的固态PDMS薄膜。
2)制作凹槽结构和基底：同1)中的方法，将处理后的预制试剂浇筑于带有凹槽结构凸模的硅片上；将硅片直接放置于65℃烘箱中约1小时；待PDMS凝固后沿着结构边缘切开，分别得到带有凹槽结构的PDMS固体块和平整的PDMS基底块。
3)上壁面可动过程：利用电晕机处理器将2)得到的带有凹槽结构的PDMS固体块上凹槽的开口侧，以及1)得到的薄膜通道设定的可动位置分别处理3～5秒，在显微镜下将处理后的两面按照设定的方向键合到一起，并轻压来确保两面充分贴合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后沿着结构边缘切开；将微通道出入口处用打孔器打孔，此处得到的固体结构上壁面可动，且可动空间与通道的间隔为膜厚减去通道高度。
4)下壁面可动过程：利用电晕机处理器将3)得到固体结构的通道开口侧，以及1)得到薄膜的凹槽处(此处为凹槽的平整面)分别处理3～5秒，在显微镜下将处理后的两面按照设定的方向键合到一起，保证此处凹槽与3)中凹槽位置在竖直方向上重合，并轻压来确保两面充分贴合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后沿着结构边缘切开得到需要的固体块，此处得到的固体块下壁面也可动，且可动空间与通道的间隔也是膜厚减去通道高度。
5)键合基底：利用电晕机处理器将4)得到固体块上凹槽的开口侧，以及2)得到的基底块平整面分别处理3～5秒，在显微镜下将处理后的两面按照设定的方向键合到一起，并轻压来确保两面充分贴合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后沿着结构边缘切开，最终得到实现上下两壁面可动的微流控芯片的固体块。

Claims (3)

1.上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法，其特征在于：本方法是一种以PDMS为材质，制作在上下两壁面指定位置实现指定长度可动的微通道结构的方法；利用离心匀胶机甩制带有微通道结构的薄膜，结合凹槽正反两种键合方向，实现上下两处薄膜与通道结构的等间距键合；上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法，本制作方法包括以下步骤：
1)甩制带微通道结构的薄膜：将PDMS主剂和凝固剂混合后的预制试剂浇注于带有微通道结构和凹槽结构的模板上，将模板放置于离心匀胶机的托盘上，转速调至300rpm并保持足够长时间；放置于65℃烘箱中约1小时使PDMS凝固；
2)制作凹槽结构和基底：同1)中的方法，将预制试剂浇筑于带有凹槽结构的模板上，直接放置于65℃烘箱中约1小时；待凝固后切开，分别得到带有凹槽结构的PDMS固体块和平整的PDMS基底块；
3)上壁面可动过程：将带有凹槽结构的PDMS固体块上凹槽的开口侧键合到1)中薄膜通道设定想要可动的位置；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开得到上壁面可动的固体结构；
4)下壁面可动过程：将通道开口侧键合到1)中薄膜的凹槽处，位置与3)中凹槽位置在竖直方向上重合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开得到需要的固体块；
5)键合基底：将4)得到固体块上凹槽的开口侧键合到2)得到的基底块上；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后切开，最终得到实现上下两壁面可动的微流控芯片。
2.根据权利要求1所述的上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法，其特征在于：所述1)中匀胶机的转速和微通道的高度有关；1)和2)中所用凹槽的结构和尺寸是一样的。
3.根据权利要求1所述的上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法，其特征在于：具体制作过程如下，
1)甩制带微通道结构的薄膜：将PDMS主剂和凝固剂按照10:1的比例混合均匀，置于常温真空环境中析出全部气泡，将其浇筑到含有微尺度通道结构和凹槽结构凸模的硅片上；将硅片放置于离心匀胶机的托盘上，转速调至300rpm并保持足够长时间；甩膜结束后将硅片放置于65℃烘箱中约1小时使其凝固，得到厚度略大于通道高度、带有微通道结构和凹槽结构的固态PDMS薄膜；
2)制作凹槽结构和基底：同1)中的方法，将处理后的预制试剂浇筑于带有凹槽结构凸模的硅片上；将硅片直接放置于65℃烘箱中约1小时；待PDMS凝固后沿着结构边缘切开，分别得到带有凹槽结构的PDMS固体块和平整的PDMS基底块；
3)上壁面可动过程：利用电晕机处理器将2)得到的带有凹槽结构的PDMS固体块上凹槽的开口侧，以及1)得到的薄膜通道设定的可动位置分别处理3～5秒，在显微镜下将处理后的两面按照设定的方向键合到一起，并轻压来确保两面充分贴合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后沿着结构边缘切开；将微通道出入口处用打孔器打孔，此处得到的固体结构上壁面可动，且可动空间与通道的间隔为膜厚减去通道高度；
4)下壁面可动过程：利用电晕机处理器将3)得到固体结构的通道开口侧，以及1)得到薄膜的凹槽处分别处理3～5秒，在显微镜下将处理后的两面按照设定的方向键合到一起，保证此处凹槽与3)中凹槽位置在竖直方向上重合，并轻压来确保两面充分贴合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后沿着结构边缘切开得到需要的固体块，此处得到的固体块下壁面也可动，且可动空间与通道的间隔也是膜厚减去通道高度；
5)键合基底：利用电晕机处理器将4)得到固体块上凹槽的开口侧，以及2)得到的基底块平整面分别处理3～5秒，在显微镜下将处理后的两面按照设定的方向键合到一起，并轻压来确保两面充分贴合；放置于90℃加热板上约15min；待稳定后沿着结构边缘切开，最终得到实现上下两壁面可动的微流控芯片的固体块。
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