CN107971052A - 一种基于感光干膜的微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种微流控芯片及其制备方法，微流控芯片包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。该微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，芯片加工过程无需使用掩模版、光刻机和热压键合机，且键合强度较高；微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，无需热压过程，不会产生微流道的形变。实验结果表明：键合面积为30毫米×30毫米的微流控芯片键合强度达到3000～3500毫焦/平方厘米。

Description

一种基于感光干膜的微流控芯片及其制备方法
技术领域
本申请涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种基于感光干膜的微流控芯片及其制备方法。
背景技术
微流控芯片是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。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。
微流控器件通常需要键合工艺对微流道进行键合，形成封闭的微流道和相应的产品。目前，主要是聚合物基板之间的热压键合，以及聚合物基板和玻璃基板直接的键合。
以聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的热压键合工艺举例：
将盖板和带有微流控通道的基板放置于上压板和下压板之间，将上压板和下压板夹紧，使两聚合物板的表面能够充分接触；调整温度，使盖板和基板同时达到其玻璃软化温度，保持压力和温度约一小时，使上下基板表面之间充分融合；缓慢降低温度至室温，软化的聚合物板硬化，两聚合物板之间形成粘力，完成键合。
而聚合物板和玻璃板的直接键合比较困难，目前常见的是聚二甲基硅氧烷PDMS与玻璃基板在氧等离子体的作用下的键合。其操作步骤如下：
对PDMS基板和玻璃基板进行清洁；将PDMS基板和玻璃基板放入氧等离子体刻蚀机进行表面改性；在常温下，迅速地将表面改性后的PDMS基板与玻璃基板贴合，在交界面处形成化学键，完成键合。
现有技术通常要利用热压键合来键合两片材料相同或相近的聚合物基板，热压过程需要热压仪器精确控制温度和压强，且热压过程可能使微流道产生变形。如果上下两片基板的热膨胀系数或者玻璃转化温度相差太大，热压键合可能会失败。另外，聚合物和玻璃的直接键合很难用热压法实现。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于感光干膜的微流控芯片及其制备方法，该微流控芯片通过感光干膜键合，无需掩模版、光刻机和热压键合机，且键合强度较高。
本申请提供了一种微流控芯片，包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；
所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。
优选地，所述微流道的宽度为25～1000微米；微流道的深度为10～1000微米。
优选地，所述聚合物基板选自热塑型聚合物基板。
优选地，所述聚合物基板选自聚苯乙烯基板、聚甲基丙烯酸甲酯基板、聚碳酸酯基板或聚二甲基硅氧烷基板。
优选地，所述聚合物基板的厚度为1～3mm；
所述玻璃盖板的厚度为1～3mm。
优选地，所述微流道的形状为T形。
本申请提供了一种上述技术方案所述微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
将感光干膜贴合在聚合物基板上，采用二氧化碳激光光束烧蚀感光干膜及其下面的聚合物基板，在聚合物基板和感光干膜上得到微流道；然后感光干膜的另一面贴合上玻璃盖板，在紫外光下曝光，利用感光干膜曝光后产生的粘附力实现基板和盖板的键合，得到微流控芯片。
优选地，所述二氧化碳激光光束的功率为0～80瓦；所述二氧化碳激光光束的扫描速度为0～300毫米/秒。
优选地，所述感光干膜的型号选自OrdylSY550、Ordyl SY300或HitachiH-6230。
本申请提供了一种微流控芯片，包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。该微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，避免了使用掩模版、光刻机和热压键合机，且键合强度较高；微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，无需热压过程，不会产生微流道的形变。实验结果表明：键合面积为30毫米×30毫米的微流控芯片键合强度达到3000～3500毫焦/平方厘米。
附图说明
图1为本申请制备微流控芯片的工艺流程图；
图2为感光干膜示意图；
图3为感光干膜撕去保护层后贴合在基板上示意图；
图4为二氧化碳激光加工T形通道示意图；
图5为盖上已经钻孔的盖板及紫外光照射下完成键合示意图；
图6为插入红色导管示意图。
具体实施方式
本申请提供了一种微流控芯片，包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；
所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。
本申请提供的微流控芯片包括聚合物基板。所述聚合物基板的厚度优选为1～3mm。在本申请中，所述聚合物基板优选选自聚苯乙烯基板、聚甲基丙烯酸甲酯基板、聚碳酸酯基板或聚二甲基硅氧烷基板，更优选选自聚苯乙烯基板。
本申请提供的微流控芯片包括与所述聚合物基板接触的曝光的感光干膜。所述感光干膜优选选自负性感光干膜。所述感光干膜的型号优选选自Ordyl SY550、Ordyl SY300或Hitachi H-6230。
在本申请中，所述微流道的宽度优选为25～1000微米，更优选为100～300微米；微流道的深度优选为10～1000微米，更优选为100～300微米。在本发明的具体实施例中，所述微流道的宽度为100微米；所述微流道的深度为90微米或100微米。
在本申请中，所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。所述微流道的横截面是抛物线形状，聚合物基板上的部分微流道的形貌与干膜上的部分微流道的形貌上下连接组成一个抛物线。所述微流道的俯视图可以是各种二维图形；优选地，所述微流道的形状优选为T形。
本申请提供的微流控芯片包括与所述曝光的感光干膜接触的玻璃盖板。在本申请中，所述玻璃盖板的厚度优选为1～3mm。
本申请提供了一种上述技术方案所述微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
将感光干膜贴合在聚合物基板上，采用二氧化碳激光光束烧蚀感光干膜和聚合物基板，在聚合物基板和曝光的感光干膜上得到微流道；然后在感光干膜的另一面贴合上玻璃盖板，在紫外光下曝光，利用感光干膜曝光后产生的粘附力实现基板和盖板的键合，得到微流控芯片。
与常见的微流控器件加工工艺相比，本申请提供的方法无需制作掩模版，不需要光刻机，不需要超净实验室，无需各种化学试剂进行微流道的刻蚀，安全无毒；利用感光干膜做粘合剂实现各种聚合物之间以及各种聚合物与玻璃的直接键合，无需热压过程，不会产生微流道的形变，并且操作简单，成本低廉。
本申请利用二氧化碳激光光束将感光干膜打穿，同时直接在基板上进行烧蚀，在基板上和感光干膜上形成微流道。本申请通过调整二氧化碳激光的功率和速度，来控制微流道的深度和宽度。在本申请中，所述二氧化碳激光光束的功率优选为0～80瓦，更优选为5～40瓦，最优选为10～15瓦；所述二氧化碳激光光束的扫描速度优选为0～300毫米/秒，更优选为30～200毫米/秒，最优选为40～100毫米/秒。在本发明具体实施例中，所述光束的扫描速度为50毫米/秒。
所述感光干膜上下表面各有一层保护层，将其贴合在聚合物基板上之前需要撕去帖合面的保护层，在与玻璃贴合前再撕去另一层保护膜。在本申请中，所述感光干膜的型号优选选自OrdylSY550、OrdylSY300或HitachiH-6230。
本申请优选在紫外灯照射下进行曝光；所述曝光的辐照剂量优选为300～500毫焦/平方厘米。感光干膜在紫外线照射后产生交联反应，形成一种稳定的粘性物质附着于基板和盖板的表面，使两基板被吸附在一起，完成键合。
参见图1，图1为本申请制备微流控芯片的工艺流程图；由图1可知：将感光干膜贴合在聚合物基板上，采用二氧化碳激光进行激光烧蚀，添加盖板后，进行紫外光照射，键合完成，得到微流控芯片。
本申请提供了一种微流控芯片，包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。该微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，避免了使用掩模版、光刻机、超净间和各种刻蚀微流道的化学试剂，且键合强度较高；微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，无需热压过程，不会产生微流道的形变。实验结果表明：键合面积为30毫米×30毫米的微流控芯片键合强度达到3000～3500毫焦/平方厘米。
为了进一步说明本申请，下面结合实施例对本申请提供的微流控芯片及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本申请保护范围的限定。
实施例1
参见图2～图6，图2为感光干膜示意图；图3为感光干膜撕去保护层后贴合在基板上示意图；图4为二氧化碳激光加工T形通道示意图；图5为盖上已经钻孔的盖板及紫外光照射下完成键合示意图；图6为插入红色导管示意图。图6中输入是指将输入导管连接到精密注射器上，利用注射器来控制注入液体的流速和压强，输出是指将输出管连接到样品收集装置，比如某种容器。
撕去型号为OrdylSY550的感光干膜的一个保护层，在2mm厚度的聚苯乙烯聚合物基板上贴合感光干膜；
利用二氧化碳激光光束烧蚀感光干膜和基板，光束的功率为15瓦；光束的速度为50毫米/秒，形成深度为100微米和宽度为100微米的微流道；
撕去感光干膜的另一层保护膜，盖上2mm厚度的玻璃盖板，压紧，接着在波长为254nm的紫外灯下进行全曝光，辐射剂量设定为500毫焦/平方厘米，实现基板和盖板的键合，形成封闭微流道，得到微流控芯片。
本申请实施例1制备的微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，避免了使用掩模版、光刻机和热压键合机，且键合强度较高，键合强度为：30毫米×30毫米的微流控芯片键合强度为3200毫焦/平方厘米。
实施例2
撕去型号为OrdylSY300的感光干膜保护层，在2mm厚度的聚苯乙烯聚合物基板上贴合感光干膜；
利用二氧化碳激光光束烧蚀感光干膜和基板，光束的功率为10瓦；光束的速度为50毫米/秒，形成深度为90微米和宽度为100微米的微流道；
撕去感光干膜的另一层保护膜，盖上2mm厚度的玻璃盖板，压紧，接着在波长为254nm的紫外灯下进行全曝光，辐射剂量设定为300毫焦/平方厘米，实现基板和盖板的键合，形成封闭微流道，得到微流控芯片。
本申请实施例2制备的微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，避免了使用掩模版、光刻机和热压键合机，且键合强度较高，键合面积为30毫米×30毫米的微流控芯片键合强度达到3000～3500毫焦/平方厘米。
由以上实施例可知，本申请提供了一种微流控芯片，包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。该微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，避免了使用掩模版、光刻机和热压键合机，且键合强度较高；微流控芯片通过感光干膜将聚合物基板和玻璃盖板键合在一起，无需热压过程，不会产生微流道的形变。实验结果表明：键合面积为30毫米×30毫米的微流控芯片键合强度达到3000～3500毫焦/平方厘米。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种微流控芯片，包括依次接触的聚合物基板、曝光的感光干膜和玻璃盖板；
所述聚合物基板和曝光的感光干膜上设置有微流道。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流道的宽度为25～1000微米；微流道的深度为10～1000微米。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述聚合物基板选自热塑型聚合物基板。
4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述热塑型聚合物基板选自聚苯乙烯基板、聚甲基丙烯酸甲酯基板、聚碳酸酯基板或聚二甲基硅氧烷基板。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述聚合物基板的厚度为1～3mm；
所述玻璃盖板的厚度为1～3mm。
6.根据权利要求1所述得微流控芯片，其特征在于，所述微流道的形状为T形。
7.一种权利要求1～6任意一项所述微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
将感光干膜贴合在聚合物基板上，采用二氧化碳激光光束烧蚀感光干膜及其下面的聚合物基板，在聚合物基板和感光干膜上得到微流道；然后感光干膜的另一面贴合上玻璃盖板，在紫外光下曝光，利用感光干膜曝光后产生的粘附力实现基板和盖板的键合，得到微流控芯片。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳激光光束的功率为0～80瓦；所述二氧化碳激光光束的扫描速度为0～300毫米/秒。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述感光干膜的型号选自OrdylSY550、Ordyl SY300或Hitachi H-6230。
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