CN107803229B - 基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法，该方法在微流控通道的设计图中增加辅助结构，将辅助结构按照设定方式对准键合，得到通道结构按照设定角度交汇的多层微流控芯片。该方法通过设计不同的辅助结构来实现不同角度的交汇形式；该方法包括：通道结构的设计、分层结构的制作、整体芯片的制作。由于在对准过程中存在两层芯片之间的相对旋转，所以上层芯片和下层芯片的边框要设计的大一些，足够盖住另一层芯片上的结构，以保证整体结构的完整。

Description

基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于对准结构用于不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法，以达到通道结构在设定位置以设定角度交汇的目的。
背景技术
微流控技术通过在微米或纳米尺度上对流体进行一系列操作来实现特定功能，该技术涉及力学、化学、物理学和生物学等多个基础学科领域，并可以将各学科所包含的基本功能集成到特定芯片上。微流控技术具有特征尺度小、消耗试剂少、反应速度块、检测效率高以及体系稳定封闭等优点，目前已经在酶活性检测、生物组织培养、材料合成、化学反应观察等方面实现成功应用。
微流控芯片中各种功能是通过设计不同结构来实现的。对于一般微流控结构来说，系统尺度降低到微米级别，流速处于1μm/s～1cm/s，特征长度处于1～100μm，计算得到的雷诺数小于100(一般处于10-6～10)，液体主要以层流为主，因此，可以很方便地通过微通道结构来对流体进行精确控制。目前已有的通道结构可实现的功能包括：单相液体的稳定流动、混合，微液滴的均匀生成、稳定运动、长时间停留、分裂，以及多液滴之间的融合、挤压排序等。但是不论单相或多相液体在微通道中运动都会涉及到通道对液体的限制，而常规微流控芯片的通道抗变形能力较强，几乎不会受到流动液体的作用，因此无法实现液滴对通道壁面的作用。借助弹性薄膜的易变形特性可以反映出流动液体对通道壁面的作用，也可以实现两侧交汇通道之间在流动液体作用下的相互影响。
在不同的应用需求中，多层微流控芯片的通道结构需要按照不同的角度交汇，因此需要简便可靠的操作方法以满足不同交汇角度的多层微流控芯片的制作。
发明内容
本发明采用的技术方案为基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法，该方法在微流控通道的设计图中增加辅助结构，将辅助结构按照设定方式对准键合，得到通道结构按照设定角度交汇的多层微流控芯片。该方法通过设计不同的辅助结构来实现不同角度的交汇形式，具体操作流程如下：
S1通道结构的设计。
S1.1、对准点A为上层芯片通道结构中设定要交汇的位置，对准点B为下层芯片通道结构中的交汇位置，在对准点A旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽，在对准点B旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽；由于最后上层芯片和下层芯片的两层芯片中结构是隔着薄膜在空间中相对放置的，所以对准点A的辅助矩形槽与对准点B的辅助矩形槽相对各自的对准点是关于x轴对称，即如果对准点A的辅助矩形槽的左下角和右上角相对对准点A的坐标分别为(a1,b1)和(a2,b2)，那么对准点B的辅助矩形槽的两个对角相对对准点B的坐标就是(a1,-b1)和(a2,-b2)；x方向为上层芯片和下层芯片键合线方向，x正方向为通道结构微流体的流动方向；y方向为垂直于x方向，y正方向为x正方向逆时针旋转90度的指向。
S1.2、将对准点B的辅助矩形槽绕对准点B旋转角度α，即从图中的虚线位置到实线位置，得到最终的结构设计图。虚线结构用于辅助画图，最终不存在在设计图中。
S2、分层结构的制作。
S2.1、制得设计图纸的凸模模板后，将调制好的PDMS液态胶浇注到凸模模板上，在65℃的烘箱中加热2小时使其固化，沿着设计的边框将上层芯片和下层芯片切割下来；
S2.2、将调制好的PDMS液态胶浇注到平整的硅片上，利用匀胶机甩制薄膜，然后在65℃的烘箱中加热2小时使其固化。
S3、整体芯片的制作。
S3.1、将上层芯片键合到固化的薄膜的上表面，然后沿着上层芯片的边沿将键合好的结构划开并取下；
S3.2、将取下的结构与下层芯片键合到一起，键合时需要将对准点A与对准点B重合，同时将对准点A的辅助矩形槽和对准点B的辅助矩形槽重合，得到最终的整体芯片。
设计图中辅助矩形槽的旋转方向和旋转角度与最终得到的通道之间的旋转方向和旋转角度是一致的；
凸模模板的制作、模板的浇注、固化以及薄膜的甩制、各层之间的键合方法都是比较成熟的，也不是本发明的重点；
由于在对准过程中存在两层芯片之间的相对旋转，所以上层芯片和下层芯片的边框要设计的大一些，足够盖住另一层芯片上的结构，以保证整体结构的完整。
附图说明
图1是本发明设计的通道结构的设计图，a为上层芯片结构图，b为下层芯片结构图。
图2是利用本发明制得芯片的整体轮廓示意图。
图3是利用本发明制得芯片中通道结构的交汇形式的俯视图。
图中：1、上层芯片，2、下层芯片，3、上层通道结构，4、上层辅助矩形槽，5、下层通道结构，6、下层辅助矩形槽，7、薄膜层；A、上层的对准点，B、下层的对准点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法的工作过程和作用效果进行详细说明。
一、通道结构的设计。
如图1所示，在上层芯片1上对准点A旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽4，左下角相对对准点A的坐标为(a1,b1)，矩形的长边沿着x轴的正方向，短轴沿着y轴的正方向，右上角相对对准点A的坐标为(a2,b2)；在下层芯片2上对准点B旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽6，将辅助矩形槽关于x轴镜像，即左上角相对对准点B的坐标为(a1,-b1)，矩形的长边沿着x轴的正方向，短轴沿着y轴的负方向，右下角相对对准点B的坐标为(a2,-b2)；再将辅助矩形槽6绕对准点B逆时针旋转角度α，即从图中的虚线位置到实线位置，得到最终的结构设计图。
注：旋转角度和旋转方向由需要满足的通道交汇角度和交汇方向决定。
二、分层结构的制作。
利用现有常规手段制得设计图纸的凸模模板，将调制好的PDMS液态胶浇注到模板上，在65℃的烘箱中加热2小时使其固化，沿着设计的边框将上层芯片1和下层芯片2切割下来；将调制好的PDMS液态胶浇注到平整的硅片上，利用匀胶机甩制薄膜，然后在65℃的烘箱中加热2小时使其固化。
三、整体芯片的制作。
将上层芯片1键合到固化的薄膜的上表面，然后沿着上层芯片1的边沿将键合好的结构划开并取下；将取下的结构与下层芯片2键合到一起，键合时需要将对准点A与对准点B重合，同时将辅助矩形槽4和辅助矩形槽6重合，得到最终的整体芯片。为了最终芯片的美观，可以将步骤一中上层芯片1和下层芯片2的边框设计的大一些，在最终键合到一起后再同一裁剪，可以保证芯片边界的整齐。

Claims (2)

1.基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法，其特征在于：该方法在微流控通道的设计图中增加辅助结构，将辅助结构按照设定方式对准键合，得到通道结构按照设定角度交汇的多层微流控芯片；该方法通过设计不同的辅助结构来实现不同角度的交汇形式，具体操作流程如下：
S1通道结构的设计；
S1.1、对准点A为上层芯片通道结构中设定要交汇的位置，对准点B为下层芯片通道结构中的交汇位置，在对准点A旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽，在对准点B旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽；由于最后上层芯片和下层芯片的两层芯片中结构是隔着薄膜在空间中相对放置的，所以对准点A的辅助矩形槽与对准点B的辅助矩形槽相对各自的对准点是关于x轴对称，即如果对准点A的辅助矩形槽的左下角和右上角相对对准点A的坐标分别为(a1,b1)和(a2,b2)，那么对准点B的辅助矩形槽的两个对角相对对准点B的坐标就是(a1,-b1)和(a2,-b2)；x方向为上层芯片和下层芯片键合线方向，x正方向为通道结构微流体的流动方向；y方向为垂直于x方向，y正方向为x正方向逆时针旋转90度的指向；
S1.2、将对准点B的辅助矩形槽绕对准点B旋转角度α，即从辅助结构到结构设计位置，得到最终的结构设计图；虚线结构用于辅助画图，最终不存在在设计图中；
S2、分层结构的制作；
S2.1、制得设计图纸的凸模模板后，将调制好的PDMS液态胶浇注到凸模模板上，在65℃的烘箱中加热2小时使其固化，沿着设计的边框将上层芯片和下层芯片切割下来；
S2.2、将调制好的PDMS液态胶浇注到平整的硅片上，利用匀胶机甩制薄膜，然后在65℃的烘箱中加热2小时使其固化；
S3、整体芯片的制作；
S3.1、将上层芯片键合到固化的薄膜的上表面，然后沿着上层芯片的边沿将键合好的结构划开并取下；
S3.2、将取下的结构与下层芯片键合到一起，键合时需要将对准点A与对准点B重合，同时将对准点A的辅助矩形槽和对准点B的辅助矩形槽重合，得到最终的整体芯片。
2.根据权利要求1所述的基于对准结构的固定角度多层微流控芯片制作方法，其特征在于：设计图中辅助矩形槽的旋转方向和旋转角度与最终得到的通道之间的旋转方向和旋转角度是一致的。
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