CN107803230A - 不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法，通过在微流控芯片的通道设计图中增加辅助矩形槽，将辅助矩形槽按照不同的设定方式对准键合，得到通道结构能够按照多种交汇角度排布的多层微流控芯片。该方法通过一次结构设计实现多个交汇角度排布的空间排布形式，本发明中要得到对准点A和对准点B，以及系列点Ai和Bi，然而单独的点无法通过现有的制作方法得到，因此将这些点组合到一系列封闭图形中，然后在键合时通过重合相应的点来得到设定的角度。设计图形时需要注意矩形槽之间的间距，当间距过小时会增加加工的难度甚至无法加工。当单排矩形槽无法满足多个交汇角度的设计时，可以采用矩形槽的阵列，以实现更多角度或相近角度的制作。

Description

不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法
技术领域
本发明涉及一种制作不同设定角度的多层微流控芯片的方法，以达到利用同一结构制作多个交汇角度的目的。
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
本发明的目的在于提出了不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法，在微流控芯片的通道设计图中增加辅助矩形槽，将辅助矩形槽按照不同的设定方式对准键合，得到通道结构能够按照多种交汇角度排布的多层微流控芯片。
该方法通过一次结构设计实现多个交汇角度排布的空间排布形式，具体流程如下：
S1、对交汇角度进行设计。
由于最终制得的上层微流控芯片和下层微流控芯片是隔着薄膜且相向放置，下层微流控芯片中通道结构俯视图的投影为下层微流控芯片设计图形的镜像，所以先按照下层微流控芯片在俯视图中的投影结构设计下层微流控芯片中的通道结构，然后再关于x轴做一次镜像即得到下层微流控芯片在设计图中的结构，x方向为上层微流控芯片和下层微流控芯片键合线方向，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。
对准点B为上层微流控芯片通道结构中设定要交汇的位置，对准点A为下层微流控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x轴正方向的长度为AA0，y轴正方向的长度为A0A1，因此，AA1与x轴正方向的夹角存在几何关系：tanα1＝A0A1/AA0；相应地，在对准点B旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽，在x轴方向的长度为BB1，BB1＝AA1＝(AA02+A0A12)1/2，y轴方向的长度对最终交汇角度没有影响。
根据键合时的对准关系，即将A与B重合并将A1与B1重合，得到一种交汇角度，且角度大小为α1＝arctan(A0A1/AA0)。
S2、对多个交汇角度进行设计。
根据步骤S1中描述的设计方法，在点A1沿y轴的正方向设置多个辅助点Ai，并在点B1沿x轴正方向设置相应的辅助点Bi，得到多个交汇角度αi。几何关系分别为：tanαi＝A0Ai/AA0，BBi＝AAi，其中i表示辅助点的序号数，i＝1～5。键合时，将A与B重合并将Ai与Bi重合，得到相应的交汇角度αi＝arctan(A0Ai/AA0)。
由于在对准过程中存在上层微流控芯片和下层微流控芯片之间的相对旋转，所以上层微流控芯片和下层微流控芯片的边框要足够盖住微流控芯片上的通道结构，以保证整体完整。
本发明中其实是要得到对准点A和对准点B，以及系列点Ai和Bi，然而单独的点无法通过现有的制作方法得到，因此需要将这些点组合到一系列封闭图形中，然后在键合时通过重合相应的点来得到设定的角度。设计图形时需要注意矩形槽之间的间距，当间距过小时会增加加工的难度甚至无法加工。当单排矩形槽无法满足多个交汇角度的设计时，可以采用矩形槽的阵列，以实现更多角度或相近角度的制作。
附图说明
图1是本发明的设计图，a为上层微流控芯片的结构图，b为下层微流控芯片的结构图。
图2是本发明通道结构设计方法的示意图，a为上层微流控芯片的结构图，b为下层微流控芯片的结构图。
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，a为角度是α1时微流控芯片的俯视图，b为角度是α5时微流控芯片的俯视图。
图4是利用本发明制得芯片的整体轮廓图。
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；Ai、Bi为键合时的辅助点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法的设计过程和作用效果进行详细说明。
如图4所示，上层通道结构在上层芯片的下方接触薄膜层的一侧，下层通道结构在下层芯片的上方接触薄膜层的一侧。由图4可知，由于最终制得的芯片中上下两层是隔着薄膜相向放置的，下层芯片中通道结构在俯视图的投影为其设计图形的镜像，所以本发明先按照最后芯片在俯视图中的投影结构设计下层芯片中的通道结构，然后再关于x轴做一次镜像即得到其在设计图中的结构。
如图2所示，在对准点A旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽，在x轴正方向的长度为AA0，y轴正方向的长度为A0A1，因此，AA1与x轴正方向的夹角存在几何关系：tanα1＝A0A1/AA0；相应的在对准点B旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽，在x轴方向的长度为BB1，要求BB1＝AA1＝(AA02+A0A12)1/2，y轴方向的长度对最终交汇角度没有影响。依此类推，在点A1沿y轴的正方向设置多个辅助点Ai，并在点B1沿x轴正方向设置相应的辅助点Bi，满足的几何关系分别为：tanαi＝A0Ai/AA0，BBi＝AAi，其中i＝1～5。
键合时，将A与B重合并将Ai与Bi重合，可以得到相应的交汇角度αi＝arctan(A0Ai/AA0)，其中i＝1～5。如图3，a为按照图2所示将A1与B1重合得到的交汇角度；b为按照图2所示将A5与B5重合得到的交汇角度。由b还可以看出需要将两层结构的边框设计的大一些，以保证能将另一层结构在投影方向完全覆盖。
最后将下层芯片1上的所有结构，包括通道结构3和辅助矩形槽4关于x轴镜像，得到完整的设计图，如图1所示。

Claims (3)

1.不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法，其特征在于：在微流控芯片的通道设计图中增加辅助矩形槽，将辅助矩形槽按照不同的设定方式对准键合，得到通道结构能够按照多种交汇角度排布的多层微流控芯片；
该方法通过一次结构设计实现多个交汇角度排布的空间排布形式，具体流程如下：
S1、对交汇角度进行设计；
由于最终制得的上层微流控芯片和下层微流控芯片是隔着薄膜且相向放置，下层微流控芯片中通道结构俯视图的投影为下层微流控芯片设计图形的镜像，所以先按照下层微流控芯片在俯视图中的投影结构设计下层微流控芯片中的通道结构，然后再关于x轴做一次镜像即得到下层微流控芯片在设计图中的结构，x方向为上层微流控芯片和下层微流控芯片键合线方向，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；
对准点B为上层微流控芯片通道结构中设定要交汇的位置，对准点A为下层微流控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x轴正方向的长度为AA0，y轴正方向的长度为A0A1，因此，AA1与x轴正方向的夹角存在几何关系：tanα1＝A0A1/AA0；相应地，在对准点B旁边的空白位置设计一个辅助矩形槽，在x轴方向的长度为BB1，BB1＝AA1＝(AA02+A0A12)1/2，y轴方向的长度对最终交汇角度没有影响；
根据键合时的对准关系，即将A与B重合并将A1与B1重合，得到一种交汇角度，且角度大小为α1＝arctan(A0A1/AA0)；
S2、对多个交汇角度进行设计；
根据步骤S1中描述的设计方法，在点A1沿y轴的正方向设置多个辅助点Ai，并在点B1沿x轴正方向设置相应的辅助点Bi，得到多个交汇角度αi；几何关系分别为：tanαi＝A0Ai/AA0，BBi＝AAi，其中i表示辅助点的序号数，i＝1～5；键合时，将A与B重合并将Ai与Bi重合，得到交汇角度αi＝arctan(A0Ai/AA0)。
2.根据权利要求1所述的不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法，其特征在于：由于在对准过程中存在上层微流控芯片和下层微流控芯片之间的相对旋转，所以上层微流控芯片和下层微流控芯片的边框要足够盖住微流控芯片上的通道结构，以保证整体完整。
3.根据权利要求1所述的不同交汇角度的多层微流控芯片的制作方法，其特征在于：当单排矩形槽无法满足多个交汇角度的设计时，采用矩形槽的阵列，以实现更多角度或相近角度的制作。
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