CN107074530A - 用于微流体的环氧化物模塑和微铣削 - Google Patents

用于微流体的环氧化物模塑和微铣削 Download PDF

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Abstract

一种高效制造和制备微流体芯片的方法，其中形成底模以具有正性浮雕特征，其用于铸造具有微米范围尺度尺寸的负性浮雕特征的中间模板芯片。使用中间模板芯片来铸造生产模具，其由增强环氧树脂形成，一旦硬化成固体环氧化物组件，可承受CNC机械加工系统的结构压力。可通过CNC机械加工来对生产模具进行精制，其中然后使用精制的生产模具来铸造待用作微流体芯片的生产芯片。

Description

用于微流体的环氧化物模塑和微铣削
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年8月29日提交的题为“用于微流体的环氧化物(epoxy)模塑和微铣削(micromilling)”的美国临时申请号61/044,131的优先权，其公开内容通过引用纳入本文。
发明领域
本发明一般涉及微流体领域。更具体地，许多实施方式和方面涉及微流体芯片和用于制造微流体芯片的方法，其可与多种生物化学测试或试验联用，其可包括对从样品直接或间接发出的冷光或光的测试或试验。
发明背景
微流体芯片用于处理、分离、控制、测量和分析生物和/或化学流体，或在流体中悬浮的生物和/或化学样品，尤其是可能处于微米级尺寸的生物分子样品。然而，微流体芯片的制备或制造在制造产生微流体芯片的模具所需的时间、材料、成本、和精度上可能存在问题。
发明内容
下文呈现了本发明的一些实施方式的简化概述以提供对本发明的基本理解。此概述并不是本发明的详尽概览。并不旨在鉴定本发明的关键或重要元素或描绘本发明的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出本发明的一些实施方式以作为稍后给出的更加具体的说明之序。
在一些方面或实施方式中，本发明涉及形成微流体芯片的方法，包括以下步骤：形成底模(base mold)，基于底模铸造中间模板芯片模具，基于中间模板芯片模具铸造生产模具，对生产模具进行精制以生成精制的生产模具，基于生产模具铸造生产芯片，和用热压印过程对生产芯片进行修饰。在一些方面中，底模可由硅晶片和光刻胶材料制成。在其他方面中，形成底模可包括在光刻胶材料沉积在硅晶片上时转动硅晶片，使得光刻胶材料在硅晶片上形成膜。在其他方面中，形成底模还可包括使转动中的硅晶片和光刻胶材料暴露于紫外(UV)光。在这类方面中，转动中的硅晶片和光刻胶材料可暴露于以约30°至约35°的角度入射的UV光，其中该角度从法线测量。在一些方面中，形成底模可包括在底模上形成正性浮雕特征。在这类方面中，形成底模可包括在拔模角为约15°的底模上形成正性浮雕特征。
在形成微流体芯片的一些方面或实施方式中，中间模板芯片模具可由聚(二甲基硅氧烷)(“PDMS”)制成。在其他方面中，中间模板芯片模具可具有多个微通道，其中微通道具有小于约100微米(100μm)的尺寸。在一些方面中，可从铝填充的环氧化物形成生产模具。在这类方面中，生产模具可在形状上精制，其中对由铝填充的环氧化物制成的生产模具进行精制还包括在生产模具上微铣削正性浮雕特征。在其他方面中，微铣削生产模具的正性浮雕特征还包括改变正性浮雕特征的高度以具有可变的高度。在这类方面中，可通过计算机数字控制(“CNC”)机械加工系统来控制生产模具的正性浮雕特征的微铣削。
在形成微流体芯片的一些方面或实施方式中，生产芯片可由聚(甲基丙烯酸甲酯)(“PMMA”)制成。在其他方面中，生产芯片可具有多个微通道，其中微通道具有小于约100微米(100μm)的尺寸。在其他方面中，热压印过程可包括用金属按压向生产芯片上施加力。在这类方面中，可在约140℃至约180℃的峰值热水平上运行金属按压。还在这类方面中，可在约3000lbf的峰值压力水平上运行金属按压。在一些方面中，热压印过程可在生产芯片上形成一个或多个通孔。在其他方面中，热压印过程可在生产芯片上形成一个或多个压痕(indentation)。
在其他方面或实施方式中，本发明涉及用于实施本发明的形成微流体芯片的方法的系统。
附图的简要说明
参考以下附图详细描述了本发明的示例性方面。
图1是显示根据本发明的一些方面或实施方式形成微流体芯片的方法的元素的流程图。
图2A是显示根据本发明的一些方面或实施方式的微流体芯片的透视图。
图2B是显示根据本发明的一些方面或实施方式的图2A所示的微流体芯片的带角度俯视图。
图2C是显示根据本发明的一些方面或实施方式的图2A所示的微流体芯片的带角度仰视图。
图3A是按照本发明的一些方面或实施方式的方法(虽然没有离心过程)形成的环氧化物的截面图。
图3B是按照本发明的一些方面或实施方式的方法(包括离心过程)形成的环氧化物的截面图。
图4A是在按照本发明的一些方面或实施方式的方法下精制之前环氧化物中正性浮雕区域的俯视图。
图4B是在按照本发明的一些方面或实施方式的方法下精制之后环氧化物中正性浮雕区域的俯视图。
图5是显示根据本发明的一些方面或实施方式对微流体芯片进行热压印的过程的持续时间和温度的图。
发明详述
本说明书中，出于解释的目的，为了提供对许多本文所述的实施方式的透彻理解，陈述了许多具体的细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，许多实施方式可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实施。在其他情况中，熟知的结构和装置以图或示意形式显示以避免掩盖所述实施方式的背后原理。
微尺度技术可以是紧凑，易于使用的，并且可具有比常规大尺度技术更多的功能和更高的特征密度。设备如微流体芯片的小特征尺寸可以在与许多生物分子如细胞和蛋白质相似的物理尺寸上，其使得这类设备可用于实验室和临床中用于分析生物材料的生物医学应用。生物医学装置行业对开发下一代微尺度技术有高度兴趣，但是使该技术从测试模型进展到商业产品存在挑战，因为其需要从低成本、丰富且可制造的原料如塑料制造这些装置的能力。虽然制造部门具有许多制造高体积塑料部件的过程和方法，但这些方法并不适于微尺度装置，尤其是含有尺寸小于100微米(100μm)的微尺度特征，并且需要能够流动并操作流体以及在这些流体中悬浮的物质的封闭回路的那些。
与制造微尺度流体装置相关的主要挑战之一是使用低成本模具进行三维(3D)微尺度特征热压印的能力，其可在开发的初始和/或设计阶段期间快速原型化。热压印是工业角度上有吸引力的3D制造方法，因为热压印对于中体积生产是较经济的，其中“中体积生产”一般是比实验室工作台规模生产大，但也比商业生产小的生产规模。在一些方面中，中体积生产可指与中试阶段生产的生产体积相似的生产体积。另外，热压印方法可作成连续压模过程来使工作流程简单化。然而，3D微尺度特征对于通过单独热压印的精确制造而言有挑战性，尤其对于光学透明的塑料部件所需的表面光滑度。因此，在模具制备领域中，使用粗糙铣削(milling)过程之后进行昂贵且费力的抛光步骤来制造许多模具。本发明的方面详细说明了用3D微尺度特征产生热压印模具同时还保留表面光滑度的新方法。
为了解决产生3D结构而不使制造过程过度复杂化的问题，本发明的方面涉及应用热压印、环氧化物模具形成、和数字控制铣削或路由(routing)的组合。在一些方面中，本文所述的方法可在学术实验室中在“工作台”规模上进行，而在其他方面中，本文所述的方法可在中体积和/或放大规模中试制造规模上进行，并且在另外的方面中，本文所述的方法可在高体积工业和商业应用中进行。
在一些方面中，本发明的方法包含从由硅和SU-8光刻胶制成的光刻主模到高抗压强度的铝填充的环氧化物模具的2阶段转移方法的元素，出版为“基于细胞的试验的聚苯乙烯中排列的微流体系统的快速原型化(Rapid Prototyping of Arrayed MicrofluidicSystems in Polystyrene for Cell-Based Assays)”Edmond W.K.Young等，Anal.Chem.,2011,83(4)，第1408–1417页，2011年1月24日，其通过引用纳入本文。通过本发明的方法纳入的这类方法的元素或步骤包括，但不限于，(1)消除由环氧化物模具中的气泡形成产生的表面和内部腔，(2)控制环氧化物模具的均匀厚度，(3)用微铣削或路由过程对正性结构进行精制以在基于环氧化物的模具中产生3D特征，和(4)在生产质量微流体芯片中热压印3D特征。在组合下，这些修饰的特征显著改善并推动以低成本在聚合物中热压印微尺度特征的方法。具体地，本发明的方法的较低成本和效率可产生基于聚合物的模具，其具有足够的材料表面均一性和内部均匀性，比机械加工的金属模具便宜数个数量级。此外，本文所述的过程可在2-3天时程上完成，而常规主模形成和批次生产可能耗费数周，并且还需要通常需要大量的研究和开发批次尺寸的生产。在微流体技术开发的迭代设计阶段，这种前置时间明显阻碍了过程。
除非另外说明，本文所用术语“正性浮雕”、“凸起特征”、“脊”、“突起”等是指制造体，如模具和微流体芯片的结构，其中结构特征从制造体的核心或中心物质，从体的主表面向外延伸。除非另外说明，本文所用其他术语“负性浮雕”、“凹陷特征”、“通道”、“沟”等是指制造体的结构，其中结构特征从制造体的核心或中心物质，从体的主表面向内延伸。
图1是表示用于形成微流体芯片100的方法的元素。在步骤102处，形成另外被称为主模的底模。在步骤104处，形成了中间模板芯片，其中中间模板芯片的形状基于底模。在步骤106处，形成生产模具，其中生产模具的形状基于中间模板芯片。在步骤108处，对生产模具进行精制，其是对生产模具的结构和形状的修饰。在步骤110处，形成生产芯片，其中生产芯片的形状基于精制的生产模具。在步骤112处，微流体芯片的生产结束。
在一些方面中，在步骤102处的底模制造可部分包括软性平版印刷的元素。在特定方面中，可通过硅材料和光刻胶材料的组合形成底模。在一些方面中，光刻胶材料可以是SU-8(或其他)负性光刻胶，或者MICROPOSIT(或其他)正性光刻胶。在制造底模中，光刻胶材料可旋涂到硅晶片上以在硅晶片上生成所需厚度的光刻胶膜。一旦施涂以具有所需厚度，硅芯片上的光刻胶膜可在一个或多个温度下一次或多次暴露于加热条件，以烘烤或固化光刻胶。光刻胶还可在加热条件之前、之后和之间的任意一种或其组合期间暴露于紫外(UV)光，导致光刻胶的活化，然后使得能够在后续的暴露后烘焙(“PEB”)中进行光刻胶聚合链的交联。
底模可具有在底模102制造期间形成的正性浮雕特征。在底模上的正性浮雕特征的高度，或正性浮雕特征的高度变化为约50微米或更大(≥50μm)的情况中，这些特征上的充足拔模角可用于确保底模的模子(cast)能从底模中高效移去或分离。在硅上的光刻胶层的UV暴露期间可转动硅晶片，从而形成带角度的侧壁和其他特征，尤其是拔模角特征。在一些方面中，UV光可以偏离法线约0°至约60°的角度导向，或入射到硅晶片上的光刻胶材料上。在其他方面中，UV光可以约10°至约50°的角度、约20°至约40°的角度、约30°的角度、约45°的角度、或约30°至约35°的角度导向硅晶片上的光刻胶材料，全部从法线测量，包括这些范围内的任何增量或梯度。暴露于UV光的角度应该足以生成充足的通过光刻胶材料的辐射，以完全活化光刻胶，包括在与基材如硅晶片相邻的光刻胶特征的底部处。一旦在光刻胶材料中形成特征，可在丙二醇单甲醚乙酸酯的溶液中形成底模，其去除了非交联的光刻胶材料，从而显示了正性浮雕特征。
在一些方面中，在步骤104处的中间模板芯片的制造包括软性平版印刷过程的其他元素。具体地，可通过倾倒PDMS以覆盖底模的正性浮雕特征来形成中间模板芯片。在其他方面中，可用丙烯酸、PMMA、聚碳酸酯、聚苯乙烯、环烯烃聚合物(“COP”)、或其他聚合物材料形成中间模板芯片。因此，中间模板芯片可具有映照底模的正性浮雕特征的负性浮雕特征。换而言之，中间模板芯片是底模的负性模具，或者从底模铸造。
中间模板芯片可具有微通道阵列、多个微通道、和/或微通道网络，其反映了底模的突起特征。中间模板芯片中的微通道可在任何尺寸上小于100微米(<100μm)，例如，在中间模板芯片的宽度/长度或深度上。在一些方面中，微通道可具有以下尺寸：小于50微米(<50μm)，小于200微米(<200μm)，小于300微米(<300μm)，或在约50微米至约300微米(50-300μm)的任何位置，包括这类范围内的任何增量或梯度。在其他方面中，微通道可具有一千微米(1000μm)或更大的侧部(即，宽度或长度)。在其他方面中，微通道的深度高至500微米(500μm)。对尺寸的其他限制可来自可用的硅基材的尺寸和可在暴露-对齐系统中达到的UV暴露面积。
在一些方面中，在步骤106处的生产模具的制造可包括在中间模板芯片上倾倒环氧树脂以覆盖中间模板芯片的负性浮雕特征。一旦通过固化过程硬化，环氧树脂即为环氧化物生产模具。生产模具可具有反映中间模板芯片的负性浮雕特征的正性浮雕特征。换而言之，生产模具是中间模板芯片的负性模具，或者从中间模板芯片铸造。
在其他方面中，用于步骤106以形成生产模具的环氧树脂可以是铝填充的环氧树脂。或者，可用其他元件、材料、陶瓷或颗粒来填充或增强用于步骤106的环氧树脂，包括但不限于，银、硼、镓、或不锈钢。铝填充的环氧化物产物的示例包括但不限于，RenCastTM4037聚氨酯弹性体(俄亥俄州埃文的弗里曼制造公司(Freeman Manufacturing,Avon,OH))、AdtechTMEC-415(密歇根州麦迪逊高地市的Adtech塑料系统公司(Adtech PlasticSystems,Madison Heights,MI))、Weidling CTM(德国Weicon公司(Weicon GmbH&Co.KG,Germany))。这类材料一般是可初始以液体形式倾倒，通过热固永久性固化，并且具有高压缩强度性质的材料，其中填充元件如金属可以是增加压缩强度的填料。用于在步骤106处形成生产模具的环氧树脂倾倒到中间模板芯片上，其可能是因为环氧树脂处于粘弹性状态，或非牛顿流体状态。可使环氧树脂在一段时间内均聚化(即，与自身聚合)，与多官能可固化或硬化剂共聚合，或在升高的温度下固化，以硬化固体状态，并由此形成固体环氧化物生产模具。在一些方面中，通过在约60℃至约200℃(包括这些范围内的任何增量或梯度)的温度下加热，环氧树脂可经固化，并且为了增加的结构强度可经另外热处理。在其他方面中，环氧树脂可与硬化剂共聚合，称为双组分环氧树脂。在一些方面中，生产模具可具有约3毫米(3mm)至约20毫米(20mm)的平均厚度，可变性为约100微米(±100μm)。在特定方面中，生产模具可具有约15毫米(15mm)的平均厚度，可变性为约100微米(±100μm)。
形成基于环氧化物的生产模具可包括多种技术以增加该生产模具的结构强度和稳健性。在一些方面中，制备用于形成生产模具的环氧树脂可包括加热该环氧树脂以降低环氧树脂的粘度，使得该环氧树脂处于粘弹性状态。通过加热环氧树脂，保持在环氧化物内的空气或气泡可逃出粘弹性材料，由此增加环氧树脂的密度并提供由环氧化物形成的生产模具在固化或硬化时的相应强度增加。在这些方面中，环氧化物的固化可在低于固化环氧树脂的温度的温度下，或者在仅缓慢固化环氧树脂的温度下。
在其他方面中，制备环氧树脂可包括离心过程以增加生产模具的结构强度、均匀性和稳健性。当离心时，可通过显著离心力驱动环氧树脂中的空气或气泡以从更致密的环氧树脂中分离。空气或气体并不完全从环氧树脂中逃逸，由此在环氧树脂离心的容器中形成环氧树脂的泡沫状区域。因此，用于在离心环氧树脂时容纳环氧树脂的容器可设置成具有可再密封的开口，其中容器在离心机内取向，使得容器的具有可再密封的开口的一端朝向离心机的内部。换而言之，离心时，较致密的环氧树脂将向具有可再密封开口的容器的末端迁移(向下并远离转轴)，并且任何空气或气泡或生成的泡沫将远离具有可再密封开口的容器的末端(向上并向内朝向转轴)。在步骤106处制造生产模具期间，在离心过程期间生成的任何泡沫可被倾滗、去除或避免，使得没有泡沫被倾倒到中间模板芯片上。
在其他方面中，可应用加热和离心过程来制备环氧树脂。在这类方面中，可通过首先加热过程随后离心过程来制备环氧树脂。在其他方面中，可通过首先离心过程随后加热过程来制备环氧树脂。在其他方面中，加热过程和离心过程可同时进行。当处理生产模具以增加其结构强度和稳健性时，生产模具可具有较大的容差以承受机械加工过程而没有裂开、断裂、变形或经受结构失效。
在一些方面中，在步骤108处对生产模具进行精制可包括计算机数字控制机械加工过程，尤其是对基于环氧化物的生产模具的微铣削。通常，采用CNC机械加工来切割或修饰金属模具，如由铝或钢制成的模具，其通常在结构上比基于聚合物的模具强。当经过CNC机械加工过程的压力时，意料之外地成功切割并修饰聚合物模具，甚至由铝填充的环氧化物制成的模具，其中聚合物模具足够稳健而不断裂或永久性变形。通常理解的经微铣削或CNC机械加工的机械应力的较薄聚合物结构的脆度和断裂可能性将阻止CNC机械加工与基于环氧化物的模具的组合，如本文所述。CNC机械加工装置可具有用户界面或其他这类控制机制以设置或引导生产模具的微铣削。
由铝填充的过氧化物制成的生产模具可足够稳健以在经过CNC机械加工过程的压力时不断裂或永久性变形。步骤108的微铣削过程可改变生产模具的正性浮雕特征的高度和/或形状，其对生产模具的结构和特性进行精制。在一些方面中，生产模具的正性浮雕特征可成形以具有可变高度。与步骤102中制造底模相似，在生产模具上的正性浮雕特征的高度，或正性浮雕特征的高度变化为约50微米或更大(≥50μm)的情况中，这些特征上的充足拔模角可用于确保生产模具的模子能从生产模具中高效移去或分离。CNC机械加工过程可在各种角度下在生产模具的正性浮雕特征上形成拔模角。在一些方面中，生产模具的正性浮雕特征可具有约5°至约85°拔模角、约15°至约75°的角度、约30°至约60°的角度、约45°的角度、或约30°至约35°的角度，全部从法线测量，包括这些范围内的任何增量或梯度。
在一些方面中，在步骤110处的生产芯片的形成可包括在生产模具上倾倒PMMA以覆盖生产模具的正性浮雕特征。在许多方面中，生产模具是精制的生产模具。换而言之，生产芯片是(精制的)生产模具的负性模具，或者从(精制的)生产模具铸造。在其他方面中，可用丙烯酸、PMMA、聚碳酸酯、聚苯乙烯、COP、或其他聚合物材料形成生产芯片。在许多方面中，在步骤110处用于形成生产芯片的材料对于可见光是至少部分光学透明的，并且还可对于红外或紫外光是至少部分透明的。生产芯片可具有微通道阵列、多个微通道、和/或微通道网络，其反映了生产模具的突起特征。生产芯片中的微通道可在任何尺寸上小于100微米(<100μm)，例如，在生产芯片的宽度或深度上。在一些方面中，微通道可具有以下尺寸：小于50微米(<50μm)，小于200微米(<200μm)，小于300微米(<300μm)，或在约50微米至约300微米(50-300μm)的任何位置，包括这类范围内的任何增量或梯度。在其他方面中，微通道可具有一千微米(1000μm)或更大的侧部(即，宽度或长度)。在其他方面中，微通道的深度高至500微米(500μm)。
在步骤110处形成生产芯片还可包括热压印生产芯片。在一些方面中，热压印过程可精制或最终确定用作微流体芯片的生产芯片。具体地，生产芯片的热压印可在生产芯片上赋予其他3D微尺度特征。生产芯片的热压印还可修饰生产芯片的负性浮雕特征，如微通道的侧壁或底表面。类似地，热压印可修饰生产芯片的表面，在生产芯片中产生特征如压痕、通道、或通孔。在其他方面中，生产芯片可排列在2个热压印模具之间，其由此可在生产芯片的两侧上形成特征。在许多方面中，生产芯片可承受热压印过程中涉及的温度和压力。在这些方面中，热压印过程可在约75℃至约180℃、约95℃至约100℃、或约125℃至约135℃的温度下运行，包括这些范围内的任何增量或梯度。在各种方面中，可通过热压印在生产芯片中形成一个或多个通孔。在其他方面中，可通过热压印在生产芯片中形成一个或多个压痕。
在一些方面中，生产芯片的制造可在步骤112处结束。生产芯片可经后处理，如通过从库存塑料板中铣削出生产芯片以形成具有限定形状的外侧边缘。或者，可通过热压印来直接简单限定该限定形状，正性浮雕边缘结构直接构建到生产模具中。
在其他方面中，可通过技术来实现在本文所述的芯片或模具上形成正性浮雕特征或负性浮雕特征，这些技术包括但不限于，激光蚀刻、铁蚀刻、3D打印沉积、或溅射沉积。具体地，这类技术可用于在步骤108处对生产模具进行精制。
图2A是显示微流体芯片200的透视图。微流体芯片200可具有主表面202，其中已经模塑了微通道204。另外，微流体芯片200具有至少主通孔206，其可通过热压印形成，其中主通孔206延伸通过微流体芯片200的整体。在一些方面中，微流体芯片200可具有横向凸出208，一般在与微流体芯片200的主体相同的平面上，其可通过微流体芯片200的操作点、对齐、或定位指引。在一些方面中，微流体芯片可具有超过一个主通孔206，并且在其他方面中，可具有微通道204的阵列或网络。
图2B是显示图2A所示的微流体芯片200的带角度俯视图。还显示了次级通孔210，其可位于微流体芯片200的分枝微通道204中，和/或微流体芯片202的主表面202中。次级通孔210也可通过热压印形成，并且一般直径小于主通孔206。
图2C是显示图2A所示的微流体芯片200的带角度仰视图。微流体芯片的后表面212反映了主通孔206和次级通孔210都通过微流体芯片的整体这一事实。在一些方面中，一般通过热压印形成的压痕214可部分延伸进入，但并非全部通过微流体芯片200的体。微流体芯片200中的压痕214，尤其是后表面212中的压痕214可提供微流体芯片200置于系统中时的对齐点。在其他方面中，主通孔206和次级通孔210两者或任一可与这种压痕同轴。
图3A是通过如本发明的方法所述形成的铝填充的环氧化物的截面图。该图表示已经截面以显示固化后的本体环氧化物材料的内表面的一般铝填充的环氧化物模具。黑色圆圈物体表示没有向环氧树脂应用离心过程时在本体中存在的气泡。这些气泡增加了本体的孔隙率并且可降低模具的抗压强度。
图3B是通过如本发明的方法所述形成的铝填充的环氧化物的截面图。具体地，已从经过加热过程和离心过程的环氧树脂形成图3B中所示的铝填充的环氧化物。与图3A相反，图3B中所示的铝填充的环氧化物缺少陷于环氧化物中的可降低所示铝填充的环氧化物的物理强度的空气或气泡，并且还显示比图3A所示的铝填充的环氧化物更均匀的密度。
图4A是在本发明的方法下精制之前环氧化物中正性浮雕区域的俯视图。具体地，所示的正性浮雕特征是铝填充的环氧化物，图1的步骤106相关所述制造的生产模具的区域。图4A所示的正性浮雕特征是基于中间模板芯片的负性浮雕特征。
图4B是在本发明的方法下精制之后环氧化物中正性浮雕区域的俯视图。具体地，图4B显示了在用CNC机械加工设备或系统的微铣削过程之后，图4A的正性浮雕结构。图4B中所示的正性浮雕结构具有可变高度，其在用作生产模型时，可提供具有可变深度的通道的生产芯片。在一些方面中，微铣削CNC机械加工设备的转速可控制正性浮雕结构高度变化的平滑度。
图5是显示微流体芯片的热压印的温度和处理时间的图500。热压印过程包括金属按压，其中可热控制金属按压以升高或降低其温度，其中金属按压设置成向基于聚合物的材料上施加力以压印该材料。在本发明的内容中，基于聚合物的材料可以是生产芯片。如图5所示，在压印生产芯片的操作条件下，金属按压可具有温度概况502和压缩力概况504。可控地使金属按压的温度概况502升至峰值热水平506。在一些方面中，在操作时，金属按压峰值热水平506可以是约140℃至约180℃。在时间参照A 508处，金属按压在施加到生产芯片时的压力概况504可增加至峰值压力水平510；换而言之，按压将开始向生产芯片施加力。在一些方面中，金属按压峰值测量水平510可来自约三千磅的力(3000lbf)。在峰值压力水平510处，金属按压是向生产芯片上施加力。生产芯片上的热和压力的组合可压印生产芯片，其在一些方面中可在生产芯片中形成通孔。在时间参照B 512处，金属按压的温度概况502可开始可控地降低，使得在时间参照C 514处，金属按压具有处于次级热水平516的温度概况502。在时间参照D 518处，金属按压在施加到生产芯片时的压力概况504可降至0；换而言之，按压将停止向生产芯片施加力。
在各种方面中，来自时间参照B 512至时间参照C 514的温度概况502的降低可能是线性或S型的，并且可以是渐变或突变的。在其他方面中，在时间参照D 518处开始的压力概况504的降低可以是突变或渐变的，并且可具有线性或非线性概况。
在一些方面中，按照热压印过程以形成或修饰3D微特征的过程生产芯片(processproduction chip)，可用溶剂结合至基材或载体装置，用于在微流体装置中应用。
本文提供的，通过本文所述的过程产生的微流体芯片可与CNC机械加工系统联用或偶联。这种CNC机械加工系统可包括使用者设备界面，并且可通过有线或无线手段电子偶联至微处理器(或其他这类非瞬时计算机可读介质)，并由此向微处理器传输控制或传感数据信号。偶联的微处理器可从CNC机械加工系统收集传感数据，并且可进一步传送收集的信息至其他非瞬时计算机可读介质，和/或在收集的数据上运行计算并传送计算的结果至使用者可操作和/或使用者可读的显示器。可按照计算机程序指令评价由在一些方面中可包括成像或光学信息的CNC机械加工系统捕获的传感数据，该指令控制微处理器(通过硬件或软件)进行分析或基于由微流体芯片的元件反映和/或发出的、或由微流体芯片的元件容纳或运行通过的流体反映和/或发出的光的特性波长进行计算。
如图1所示，CNC机械加工系统(或任何其他微铣削系统)可操作地对生产模具进行精制。另外如图1所示，可包括使用者设备界面的控制系统和界面可设置成控制CNC机械加工系统和/或用于形成本发明的微流体芯片的过程的任何其他步骤。
可包括微处理器的CNC机械加工系统还可以是处理装置的组件，其控制微铣削设备的运行。处理装置可通过总线可交流地偶联至非易失性存储装置。非易失性存储装置可包括任何类型的存储装置，其在断电时保留储存的信息。存储装置的非限制性示例包括电可擦可编程只读存储器(“ROM”)、闪存、或任何其他类型的非易失性存储器。在一些方面中，存储装置中的至少一些可包括非瞬时介质或存储装置，处理装置可从中读取指令。非瞬时计算机可读介质可包括能够向处理装置提供计算机可读指令或其他程序代码的电子、光学、磁性或其他储存装置。非瞬时计算机可读介质的非限制性示例包括(但不限于)磁盘、记忆芯片、ROM、随机存取存储器(“RAM”)、ASIC、配置的处理器、光学存储、和/或计算机处理器可从中读取指令的任何其他介质。该指令可包括从以任意合适的计算机编程语言，包括C、C++、C#、等编写的代码由编译程序和/或翻译器生成的处理器特异性指令。
上述说明是示例性而非限制性的，并且其在本领域技术人员在阅读了本公开之后将变得显而易见，本发明可体现在其他具体形式中而不偏离其必要特征。例如，任意上述方面可合并成一种或几种不同构造，各自具有方面的子集。另外，本说明书中，出于解释的目的，为了提供对本发明的透彻理解，陈述了许多具体的细节。但是，对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实施。这些其它实施方式都意在包括在本发明的范围之内。因此，本发明的范围不应参照以上的说明决定，而应参照以下所附权利要求及其法律上的等同方案的全部范围决定。

Claims (20)

1.一种形成微流体芯片的方法，包括：
形成底模；
基于所述底模铸造中间模板芯片模具；
基于所述中间模板芯片模具铸造生产模具；
对所述生产模具进行精制以生成精制的生产模具；
基于所述生产模具铸造生产芯片；并且
用热压印过程来修饰所述生产芯片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底模包括硅晶片和光刻胶材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，形成所述底模还包括在光刻胶材料沉积在硅晶片上时转动所述硅晶片，使得所述光刻胶材料在所述硅晶片上形成膜。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成所述底模还包括使转动中的硅晶片和光刻胶材料暴露于UV光。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述转动中的硅晶片和光刻胶材料暴露于以偏离法线约30°至约35°的角度入射的UV光。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述底模还包括在所述底模上形成正性浮雕特征。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，形成所述底模还包括在拔模角为约15°的底模上形成正性浮雕特征。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间模板芯片模具包括PDMS。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间模板芯片模具具有多个微通道，其中所述多个微通道具有小于约100微米(100μm)的尺寸。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生产模具包含铝填充的环氧化物。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，对包含铝填充的环氧化物的生产模具进行精制还包括微铣削所述生产模具的正性浮雕特征。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，微铣削所述生产模具的正性浮雕特征还包括改变正性浮雕特征的高度以具有可变高度。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，可通过CNC机械加工系统控制对所述生产模具的正性浮雕特征的微铣削。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生产芯片包含PMMA。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生产芯片具有多个微通道，其中所述多个微通道具有小于约100微米(100μm)的尺寸。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压印过程包括用金属按压向所述生产芯片施加力。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述金属按压在约140℃至约180℃的峰值热水平下操作。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述金属按压在约3000lbf的峰值压力水平下操作。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述热压印过程在所述生产芯片中形成一个或多个通孔。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述热压印过程在所述生产芯片中形成一个或多个压痕。
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