CN107321400A

CN107321400A - 微流控芯片的制造方法和微流控芯片

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Publication number: CN107321400A
Application number: CN201710742103.9A
Authority: CN
Inventors: 毛德丰
Original assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2037-08-25
Also published as: CN107321400B

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片的制造方法和微流控芯片，属于生化检测领域。所述方法包括：在衬底结构上形成预设膜层；将所述预设膜层加工为第一齿状结构；在形成有所述第一齿状结构的所述衬底结构上设置结构层以形成微流控通道。本发明通过在衬底结构上形成齿状结构，通过齿状结构、衬底结构以及结构层形成微流控通道，从而形成微流控芯片，无需先制造齿状结构的模具。解决了相关技术中需要先制造齿状的模具，通过该模具形成包括有齿状结构的预设膜层，再将该预设膜层从模具上剥离，导致微流控芯片的制造过程较为复杂，制造效率较低的问题。达到了简化微流控芯片的制造过程并且提高微流控芯片的制造效率的效果。

Description

微流控芯片的制造方法和微流控芯片

技术领域

本发明涉及生化检测领域，特别涉及一种微流控芯片的制造方法和微流控芯片。

背景技术

微流控芯片是一种通过微流控通道(能够通过流体的微管道)分离血液样本中循环肿瘤细胞(英文：circulating tumor cell；简称：CTC)的重要工具。该CTC是指侵入血液循环中的肿瘤细胞，通过分离血液样本中的CTC有助于对肿瘤细胞进行分析和研究。

相关技术中，制造微流控芯片的过程包括：1)将胚料刻蚀成齿状结构的模具(齿状结构的模具是指通过该模具能够形成齿状结构)；2)在该模具上形成预设膜层，该预设膜层靠近该模具的一面在该模具的作用下形成齿状结构；3)将该预设膜层从模具上剥离；4)在该预设膜层上形成有齿状结构的一侧设置盖板以形成微流控芯片，其中，盖板和预设膜层之间被齿状结构分隔的空间构成微流控通道。

但是，上述方法需要先制造齿状的模具，通过该模具形成包括有齿状结构的预设膜层，再将该预设膜层从模具上剥离，导致微流控芯片的制造过程较为复杂，制造效率较低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种微流控芯片的制造方法和微流控芯片。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种微流控芯片的制造方法，所述方法包括：

在衬底结构上形成预设膜层；

将所述预设膜层加工为第一齿状结构；

在形成有所述第一齿状结构的所述衬底结构上设置结构层以形成微流控通道。

可选的，所述衬底结构呈矩形，所述第一齿状结构包括多个凸起结构，所述多个凸起结构中任一凸起结构在所述衬底结构上的正投影连接所述衬底结构相对的两条边，

所述在形成有所述第一齿状结构的衬底结构上设置结构层以形成微流控通道，包括：

在形成有所述第一齿状结构的衬底结构上形成所述结构层，所述结构层靠近所述第一齿状结构的一面在所述第一齿状结构的作用下形成有第二齿状结构；

去除所述第一齿状结构。

可选的，所述在形成有所述第一齿状结构的衬底结构上形成所述结构层，包括：

通过预设工艺在形成有所述第一齿状结构的衬底结构上形成所述结构层，所述预设工艺为化学气相沉积、溅射或旋涂。

可选的，所述预设膜层的材料为正性抗蚀剂，

所述去除所述第一齿状结构，包括：

通过曝光和显影去除所述第一齿状结构。

可选的，所述结构层为盖板，

在形成有所述第一齿状结构的衬底结构上设置所述盖板，所述盖板、所述第一齿状结构和所述衬底结构构成所述微流控通道。

可选的，所述预设膜层的材料包括抗蚀剂，所述将所述预设膜层加工为第一齿状结构，包括：

通过曝光和显影使所述预设膜层转变为所述第一齿状结构。

可选的，所述抗蚀剂为电子抗蚀剂。

可选的，所述第一齿状结构包括阵列排布的多个柱状结构，所述多个柱状结构中任意两个相邻的柱状结构之间的间隙为5至10微米。

可选的，所述去除所述第一齿状结构之后，所述方法还包括：

对所述结构层形成有所述第二齿状结构的一面的进行去毛刺处理。

另一方面，提供了一种微流控芯片，所述微流控芯片为第一方面制造的微流控芯片。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在衬底结构上形成齿状结构，通过齿状结构、衬底结构以及结构层形成微流控通道，从而形成微流控芯片，无需先制造齿状结构的模具。解决了相关技术中需要先制造齿状的模具，通过该模具形成包括有齿状结构的预设膜层，再将该预设膜层从模具上剥离，导致微流控芯片的制造过程较为复杂，制造效率较低的问题。达到了简化微流控芯片的制造过程并且提高微流控芯片的制造效率的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种微流控芯片的制造方法的流程图；

图2-1是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的制造方法的流程图；

图2-2是本发明实施例提供的一种衬底结构的结构示意图；

图2-3是本发明实施例提供的另一种衬底结构的结构示意图；

图2-4是本发明实施例提供的另一种衬底结构的结构示意图；

图2-5是本发明实施例提供的另一种衬底结构的结构示意图；

图2-6是本发明实施例提供的另一种衬底结构的结构示意图；

图2-7是本发明实施例提供的另一种衬底结构的结构示意图；

图2-8是本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；

图3-1是本发明实施例提供的另一种微流控芯片的制造方法的流程图；

图3-2是本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供的微流控芯片能够用于分离血液样本中的循环肿瘤细胞。具体的，将本发明实施例提供的微流控芯片设置在血液的流动路径中时，微流控芯片中的微流控通道能够阻挡粘附有特异性表达的上皮细胞粘附分子(英文：Epithelial celladhesion molecule；简称：EpCAM)的CTC的通过，但正常的红细胞和白细胞能够通过微流控通道。

图1是本发明实施例提供的一种微流控芯片的制造方法的流程图，该微流控芯片的制造方法可以包括下面几个步骤：

步骤101、在衬底结构上形成预设膜层。

步骤102、将预设膜层加工为第一齿状结构。

步骤103、在形成有第一齿状结构的衬底结构上设置结构层以形成微流控通道。

综上所述，本发明通过在衬底结构上形成齿状结构，通过齿状结构、衬底结构以及结构层形成微流控通道，从而形成微流控芯片，无需先制造齿状结构的模具。解决了相关技术中需要先制造齿状的模具，通过该模具形成包括有齿状结构的预设膜层，再将该预设膜层从模具上剥离，导致微流控芯片的制造过程较为复杂，制造效率较低的问题。达到了简化微流控芯片的制造过程并且提高微流控芯片的制造效率的效果。

根据微流控通道形成方式的不同，下面通过两个实施例分别对微流控芯片的制造方法进行说明。

请参考图2-1，其示出了本发明实施例提供的另一种微流控芯片的制造方法，所述方法包括：

步骤201、在衬底结构上形成预设膜层。

该预设膜层可以为正性抗蚀剂，可以通过匀胶机在衬底结构上旋涂(即旋转涂抹)正性抗蚀剂以形成预设膜层。根据正性抗蚀剂的粘度系数调整匀胶机的转速可以控制正性抗蚀剂的厚度。其中，正性抗蚀剂可以为正性光致抗蚀剂(又称正性光刻胶)或者正性电子抗蚀剂。在本发明实施例中，衬底结构上覆盖的预设膜层的厚度不小于60微米(μm)。

此外，为了配合实现步骤203中的预设工艺，此步骤中的正性抗蚀剂可以为耐高温正性抗蚀剂，比如耐200度高温的正性抗蚀剂等，本发明实施例在此不做限制。

光致抗蚀剂(即光刻胶)是指可以被光照改变抗蚀能力的高分子化合物，其分为正性光致抗蚀剂(正性光刻胶)和负性光致抗蚀剂(负性光刻胶)。电子抗蚀剂是指可以被电子束改变抗蚀能力的高分子化合物，其也可以分为正性电子抗蚀剂和负性电子抗蚀剂。其中，正性光致抗蚀剂(正性光刻胶)和正性电子抗蚀剂中，被照射的区域都会发生光分解反应，形成可溶于显影液的物质。通过电子束曝光显影形成的图案相比于通过光照曝光显影形成的图案具有更高的精准度。

请参考图2-2，其为本步骤结束时，衬底结构20的结构示意图，衬底结构20呈矩形(图2-2所示的为衬底结构20的侧面图，亦为矩形)，在矩形的衬底结构20上形成有预设膜层21。衬底结构20可以是由透明材质(例如玻璃等)或不透明材质(例如金属等)制成的矩形结构。

此外，在本步骤之前，还可以对衬底结构20进行清洗，以去除衬底结构20表面粘附的一些不必要的杂质。

步骤202、将预设膜层加工为第一齿状结构。

在预设膜层由正性光致抗蚀剂构成时，通过曝光和显影可以将正性光致抗蚀剂组成的预设膜层加工为第一齿状结构。实际应用中，在经过曝光和显影的步骤使正性光致抗蚀剂转变为第一齿状结构之后，还可以再对该第一齿状结构进行定影工艺以增加第一齿状结构的稳定性。该定影工艺可以包括：对显影后的第一齿状结构进行烘焙，去除多余的显影液和水分，使第一齿状结构更好地固定于衬底结构之上。曝光、显影和定影的具体实施过程可参考相关技术，本发明实施例不再赘述。

在预设膜层由正性电子抗蚀剂构成时，采用电子束可以对预设膜层进行曝光，之后再经过显影就能够将预设膜层加工为第一齿状结构。电子束曝光的精度较高，能够形成精度更高的图案。在正性电子抗试剂为聚甲基丙烯酸甲酯(英文：PolymethylMethacrylate；简称：PMMA)时，对正性电子抗试剂进行曝光和显影形成第一齿状结构之后，还可以将形成有第一齿状结构的衬底结构放置在平坦的地方，在一定的温度(如80摄氏度)下静置预设时长(如60分钟)，使显影后的第一齿状结构上方平坦化，然后再进行定影工艺。

本步骤结束时，衬底结构可以如图2-3所示，在衬底结构20上形成有齿状结构22，该齿状结构22可以包括多个凸起结构221，该凸起结构221的形状可以和后续所要形成的微流控通道的形状相同。

示例的，继续参考图2-3，该凸起结构221为立方体结构，则由该凸起结构221形成的微流控通道也为立方体结构。具体形成微流控通道的过程可参考步骤203和步骤204。又示例的，如图2-4所示，该图为图2-3的俯视图，其中的凸起结构221为图2-4中斜线所标示的区域，也即是将会形成微流控通道的区域。图2-3和图2-4中所示的多个凸起结构221中任一凸起结构221在衬底结构20上的正投影连接衬底结构20相对的两条边。

除此之外，该凸起结构还可以为其它形状，如图2-5所示，其为另一种齿状结构的俯视图，其中的凸起结构221为图2-5中斜线所标示的部分。

步骤203、在形成有第一齿状结构的衬底结构上形成结构层。

可以在形成有第一齿状结构的衬底结构上通过预设工艺形成结构层，该结构层可以为熔融状态。熔融状态的结构层靠近第一齿状结构的一面会在第一齿状结构的作用下形成与第二齿状结构。该第二齿状结构可以认为是以第一齿状结构为模具形成的。结构层的材料可以为在高温状态下为熔融状态的材料，具体的可以为抗蚀剂，聚二甲基硅氧烷(英文：Polydimethylsiloxane；简称：PDMS)，玻璃等。其中，预设工艺为化学气相沉积、溅射或旋涂。化学气相沉积、溅射或旋涂的具体实施过程可参考相关技术，本发明实施例不再赘述

如图2-6所示，其为本步骤结束时，衬底结构20的结构示意图，图2-6在图2-3、图2-4或图2-5的基础上，通过预设工艺在形成有第一齿状结构22的衬底结构20上形成结构层23，结构层23靠近第一齿状结构22的一面在第一齿状结构22的作用下形成第二齿状结构231。

步骤204、去除第一齿状结构。

在本步骤中，由于预设膜层的材料为正性抗蚀剂，因而可以通过曝光和显影去除第一齿状结构。

具体的，在步骤202中，正性光刻胶被光照射后，被照射的区域发生光分解反应，形成可溶于显影液的物质，用显影液溶去被光照射的区域，得到第一齿状结构，在本步骤中，通过曝光和显影可以去除在步骤202中未被光照射的部分，从而形成微流控通道。

在本步骤完成时，衬底结构上各结构示意图如图2-7所示，在衬底结构20上，结构层23形成了对应于第一齿状结构的第二齿状结构231。由图2-7可知，第二齿状结构231包括多个柱状结构，该多个柱状结构中任意两个相邻的柱状结构存在间隙222(即微流控通道)，该间隙222宽为5至10微米。

步骤205、对结构层形成有第二齿状结构的一面进行去毛刺处理。

在执行完步骤204后，第二齿状结构上可能会残留一些没有去除掉的第一齿状结构的残渣，从而形成毛刺，此时需要对该第二齿状结构的表面进行去毛刺处理，用来平滑微流控通道表面，使微流控芯片能够达到准确分离CTC的效果。有关去毛刺的具体过程可参考相关技术，本发明实施例在此不做赘述。

步骤206、将微流控通道安装于微流控芯片外壳中并安装导管。

在完成微流控通道的制造后，可以将微流控通道安装于微流控芯片外壳中流体的流动路径中，形成捕获结构，用于阻挡目的物体的通过，并在微流控芯片外壳上安装用于向微流控芯片外壳中通入血液样本的导管。其中微流控芯片外壳可以是透明外壳，以便于观察被微流控通道所阻挡的目的物体。

可选的，微流控芯片可以包括一个或多个微流控通道组成的捕获结构，并将该一个或多个微流控通道设置在微流控芯片中流体的流动路径的任意区域，可以达到捕获所需目的物体的目的。如图2-8所示，该图是微流控芯片的俯视图，该微流控芯片中的捕获结构30包括微流控通道31和微流控通道32，样本血液从导管25导入微流控芯片10中。除此之外，捕获结构中的多个微流控通道的多个凸起结构可以呈阵列排布。

进一步的，请参考图3-1，其示出了本发明实施例提供的另一种微流控芯片的制造方法，所述方法包括：

步骤301、在衬底结构上形成预设膜层。

该预设膜层可以为抗蚀剂，可以通过匀胶机在衬底结构上旋涂(即旋转涂抹)抗蚀剂以形成预设膜层。根据抗蚀剂的粘度系数调整匀胶机的转速可以控制抗蚀剂的厚度。其中，抗蚀剂可以为光致抗蚀剂(又称光刻胶)或者电子抗蚀剂。在本发明实施例中，衬底结构上覆盖的预设膜层的厚度不小于60微米。

步骤302、将预设膜层加工为第一齿状结构。

在预设膜层由光致抗蚀剂构成时，通过曝光和显影可以将光致抗蚀剂组成的预设膜层加工为第一齿状结构。可选的，在经过曝光和显影的步骤使正性光致抗蚀剂转变为第一齿状结构之后，还可以再对该第一齿状结构进行定影工艺以增加第一齿状结构的稳定性。该定影工艺可以包括：对显影后的第一齿状结构进行烘焙，去除多余的显影液和水分，使第一齿状结构更好地固定于衬底结构之上。曝光、显影和定影的具体实施过程可参考相关技术，本发明实施例不再赘述。

在预设膜层由电子抗蚀剂构成时，采用电子束可以对预设膜层进行曝光，之后再经过显影就能够将预设膜层加工为第一齿状结构。电子束曝光的精度较高，能够形成精度更高的图案。在电子抗试剂为聚甲基丙烯酸甲酯(英文：Polymethyl Methacrylate；简称：PMMA)时，对电子抗试剂进行曝光和显影形成第一齿状结构之后，还可以将形成有第一齿状结构的衬底结构放置在平坦的地方，在一定的温度下静置，使显影后的第一齿状结构上方平坦化，然后再进行定影工艺。

本发明实施例中的第一齿状结构可以直接用来阻挡样本血液中目的物体的通过，该第一齿状结构，可以为柱状结构。该第一齿状结构可以包括阵列排布的多个柱状结构，所述多个柱状结构中任意两个相邻的柱状结构之间的间隙为5至10微米。

步骤303、在形成有第一齿状结构的衬底结构上设置盖板。

如图3-2所示，在形成有第一齿状结构22的衬底结构20上形成盖板27。盖板27、第一齿状结构22和衬底结构20构成微流控通道。该盖板27的材料可以和衬底结构相同。

步骤304、将微流控通道安装于微流控芯片外壳中并安装导管。

本步骤可以参考图2-8所示的步骤206。

本发明实施例提供了一种微流控芯片，该微流控芯片由图1、图2-1或图3-1所示的微流控芯片的制造方法制造而成。

需要说明的是：上述实施例提供的微流控芯片的制造方法在制造微流控芯片时，仅以上述各步骤功能的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要完成上述部分或全部功能。另外，上述实施例提供的微流控芯片的制造方法和微流控芯片的实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种微流控芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

在衬底结构上形成预设膜层；

将所述预设膜层加工为第一齿状结构；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底结构呈矩形，所述第一齿状结构包括多个凸起结构，所述多个凸起结构中任一凸起结构在所述衬底结构上的正投影连接所述衬底结构相对的两条边，

去除所述第一齿状结构。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在形成有所述第一齿状结构的衬底结构上形成所述结构层，包括：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设膜层的材料为正性抗蚀剂，

所述去除所述第一齿状结构，包括：

通过曝光和显影去除所述第一齿状结构。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结构层为盖板，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设膜层的材料包括抗蚀剂，所述将所述预设膜层加工为第一齿状结构，包括：

通过曝光和显影使所述预设膜层转变为所述第一齿状结构。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述抗蚀剂为电子抗蚀剂。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一齿状结构包括阵列排布的多个柱状结构，所述多个柱状结构中任意两个相邻的柱状结构之间的间隙为5至10微米。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述去除所述第一齿状结构之后，所述方法还包括：

10.一种微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片为权利要求1-9任一所述方法制造的微流控芯片。