CN105749994B - 一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，属于微流控芯片技术领域；该方法采用分层构造的方式，依次在薄膜上加工出每层的微流道结构。再按照切片顺序在芯片底面上进行贴合，制成三维薄膜微流控芯片。制作的三维微流控芯片拥有三维复杂可控的结构，具有加工过程灵活简单、材料成本低、无需芯片键合设备等特点。采用本发明制成的三维微流控芯片，在生物医学检测领域具有大规模商业化应用的潜力。

Description

一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，具体涉及一种使用多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制作方法。
背景技术
微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程中的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块芯片上，自动完成分析过程的技术。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
微流控芯片特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个维度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，从而采用微流控芯片具有使用传统方法难以实现的优势。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以即时实现样品的预处理及分析全过程。
目前微流控芯片的加工方法主要是通过光刻、热压等方法制作出表面具有微纳米尺寸流道的芯片，然后将其与盖片键合完成加工过程。由于加工方法的限制，目前光刻、热压等方法只能获得平面的二维结构，难以获得真正的三维流道。因而目前所使用的微流控芯片均以二维为主。而三维的微流道可以达到加快流体混合、提高通量等目的。如果在微流道内通入细胞培养液，使用三维微流道可以从各个方向对细胞进行培养、刺激、观察等。因而三维微流道具有重要的应用价值。
申请号为CN102962107A的中国发明专利申请公开了一种三维微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：1)在工作台面上浇注一层液态可固化树脂，固化后形成芯片的底面；2)在芯片的底面上喷射可溶于溶剂的流道实体材料制备三维流道实体结构；3)在三维流道实体结构上浇注液态可固化树脂，将三维流道实体结构包覆，固化后形成实体芯片；4)采用溶剂将实体芯片中的三维流道实体结构溶解，制得三维微流控芯片。这种方法通过三维打印出可溶性的三维微通道实体结构，但在实际制作过程中，存在着打印过程中三维微通道结构由于缺少必要的支撑，容易坍塌以及设计加工过程复杂等问题。
发明内容
本发明提供了一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，采用分层构造的方式，在薄膜上依次加工出每层微流道的结构。然后按照切片顺序在芯片底面上直接进行贴合，制成三维薄膜微流控芯片。通过这种方法制作的三维微流控芯片具有加工过程简单、制作效率高、加工成本低、三维结构精确可控等特点。
一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，作为本发明的优选实施例，包括以下步骤：
步骤一：绘制三维微流道结构图；
步骤二：将三维微流道图中的三维流道沿平行于芯片的底面方向进行逐层切片，依次得到每层流道形状S1、S2、S3、S4……Sn，流道形状S1～Sn依次按照切片顺序进行贴合即可得到完整的三维微流道形状；n表示切片总数，为大于1的自然数；
步骤三：按照三维流道分层切片顺序，依次在薄膜上加工流道形状S1～Sn，得到每层的微流道结构。
步骤四：另取一层薄膜，作为芯片的底面；
步骤五：将流道形状S1～Sn依次按照切片顺序从芯片底面开始利用薄膜自带的粘合层逐层进行贴合，制成三维薄膜微流控芯片；贴合过程中为了保证精度，使用预先加工在每层薄膜上的对准标志进行对准。
步骤六：为加工完成的三维微流控芯片连接进出口处的软管，完成整个加工过程。
步骤一中，按照需求，设计绘制三维流道图可通过计算机辅助设计软件得到三维微流道图。
步骤三和步骤四中，作为本发明的优选实施例，能够采用二氧化碳激光器，直接在具有粘合层的薄膜上加工出二维微流道以及顺序标识、定位标识及方向标识。
步骤五中，将加工好的每层二维微流道结构根据顺序标识、定位标识及方向标识，逐层贴合即可。
所使用的薄膜材料为单面或者双面具有粘合层的聚合物材料。
构成微流控芯片的每一层薄膜都具有贴合顺序标识、定位标识及方向标识。
所使用的薄膜材料通过自身所具有和粘合层完成各层之间的键合而不依赖其他键合手段或者设备。
微流控芯片进出口连接有圆环状微法兰，并通过微法兰连接软管；微法兰内径等于三维微流控芯片进出口外径。
与现有技术相比，本发明所采用的多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制作方法具有如下优点：加工过程灵活简单、材料成本低、无需芯片键合设备、在生物医学检测等领域应用广泛。
附图说明
图1为本发明的优选实施例，一种三维微流道的整体结构示意图。
图2为本发明的优选实施例，一种三维微流道每层结构示意图。
图3为本发明的优选实施例，一种三维微流控芯片的三维流道的透视图。
图4为本发明的优选实施例，一种三维微流控芯片的三维流道的主视图。
图5为本发明的优选实施例，一种三维微流控芯片的三维流道的俯视图。
图6为本发明的优选实施例，一种三维微流控芯片的三维流道的左视图。
图中：1、流道人口a，2、流道人口b，3、流道出口，4、定位标识a，5、为定位标识b，6、定位标识c，7、定位标识d，8、方向标识，9、顺序标识。
具体实施方式
以下说明本发明的实施例。但下列实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实施例1
1)首先，使用CAD软件设计绘制三维微流道图，三维微流道图如图1所示，该三维微流道包括流道人口a1、流道人口b2、流道出口3，其中，流道人口a1、流道人口b2设置在三维微流道的一侧，流道出口3设置在三维微流道的另一侧；流道人口a1、流道人口b2对称布置。
2)使用CAD软件对三维流道模型进行预处理，将三维流道图中的三维流道沿平行于芯片底面的方向进行切片，采用等厚度切片，切片的厚度为0.5mm，切片层数为四层，加上一层底面，一共五层。选用厚度为0.5毫米的Microseal“B”粘性封膜作为单层薄膜材料。采用二氧化碳激光器，直接在每层薄膜上加工出二维微流道结及顺序标识、定位标识及方向标识，形成如图2所示的三维微流道每层微流道形状的结构示意图。该结构包括定位标识a4、定位标识b5、定位标识c6、定位标识d7、方向标识8、顺序标识9，定位标识a4、定位标识b5、定位标识c6、定位标识d7设置在四周，方向标识8、顺序标识9设置在表面上。
3)根据加工好的每层薄膜上的定位标识、方向标识、顺序标识进行逐层贴合。具体操作就是现将薄膜背面的粘合层的封模移除，然后逐层贴合即可，其中顺序标识为大数在下，小数在上。
4)用激光在1mm厚的PMMA薄板上加工出等同于三维薄膜微流控芯片进出口数量和的圆环状接口微法兰，并通过微法兰连接软管。最终加工完成三维微流控芯片，如图3、图4、图5和图6所示。

Claims (5)

1.一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
步骤一：绘制三维微流道结构图；
步骤二：将三维微流道图中的三维流道沿平行于芯片的底面方向进行逐层切片，依次得到每层流道形状S1、S2、S3、S4……Sn，流道形状S1～Sn依次按照切片顺序进行贴合即可得到完整的三维微流道形状；n表示切片总数，为大于1的自然数；
步骤三：按照三维流道分层切片顺序，依次在薄膜上加工流道形状S1～Sn，得到每层的微流道结构；
步骤四：另取一层薄膜，作为芯片的底面；
步骤五：将流道形状S1～Sn依次按照切片顺序从芯片底面开始利用薄膜自带的粘合层逐层进行贴合，制成三维薄膜微流控芯片；贴合过程中为了保证精度，使用预先加工在每层薄膜上的对准标志进行对准；
步骤六：为加工完成的三维微流控芯片连接进出口处的软管，完成整个加工过程。
2.根据权利要求1所述的一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，其特征在于：所使用的薄膜材料为单面或者双面具有粘合层的聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，其特征在于：构成微流控芯片的每一层薄膜都具有贴合顺序标识、定位标识及方向标识。
4.根据权利要求1所述的一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，其特征在于：所使用的薄膜材料通过自身所具有的粘合层完成各层之间的键合而不依赖其他键合手段或者设备。
5.根据权利要求1所述的一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法，其特征在于：微流控芯片进出口连接有圆环状微法兰，并通过微法兰连接软管；微法兰内径等于三维微流控芯片进出口外径。
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