CN108080044A - 一种用于薄膜微流控芯片键合的pdms基片底座制作方法 - Google Patents

一种用于薄膜微流控芯片键合的pdms基片底座制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于薄膜微流控芯片键合的PDMS基片底座制作方法，属于微机电系统和微流控芯片领域。利用已经加工成型的聚合物薄膜基片作为模具，采用浇注成型工艺，将脱气后的PDMS混合溶液浇注到聚合物薄膜基片的背面，在室温下保持固化48小时，直接将聚合物薄膜基片的背面结构复制到PDMS表面上，制作PDMS基片底座。本发明不需要测量薄膜基片背面的几何形状和尺寸，不需要昂贵的加工设备，制作过程简单、周期短、成本低。

Description

一种用于薄膜微流控芯片键合的PDMS基片底座制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于薄膜微流控芯片键合的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片底座制造方法，属于微机电系统和微流控芯片领域。
技术背景
微流控芯片(Microfluidic Chip)是指在几平方厘米大小的芯片上构建的生化实验室。微流控芯片通常由一片盖片和一片基片组成，在基片上加工微米级尺寸的通道网络结构，然后将基片和盖片键合到一起，实现通道网络结构的密封。微流控芯片利用对通道中流体的操纵和控制来实现样品的制备、反应、分离和检测等常规生化实验室的功能，在生物医学、环境监测与保护、卫生检疫、高通量药物合成筛选等众多领域有着广阔的应用前景。
制造微流控芯片的材料主要包括硅、玻璃和聚合物等。其中，聚合物具有材料价格低廉、透光性以及生物相容性好、易于采用各种复制技术进行低成本批量化制造等优点，是制造微流控芯片的一种理想材料。
近年来，研究人员提出在聚合物薄膜(通常厚度小于500微米)上采用热成型(thermoforming)或者辊压(roller embossing)等方法加工出微通道网络结构，然后经过与一片盖片键合后，形成一种薄膜微流控芯片。2010年，德国科学家Roland Zengerle等人，将这种薄膜微流控芯片命名为薄膜实验室(Lab on a foil)。这种在薄膜上加工出的微结构是一种三维结构，微结构的侧壁厚度与薄膜厚度相同，微结构的深度远大于薄膜的厚度。这种三维的微结构，也被称为壳体微结构(shell structure)。
大多数的微流控芯片键合方法，比如压敏胶带键合和热键合等，都需要在盖片和基片之间施加一定的压力。当利用这些方法进行薄膜微流控芯片键合的时候，为了避免薄膜上的三维微通道结构不会因为施加的压力而发生塌陷变形，需要将薄膜基片放在一块基片底座上，而这个基片底座表面要求具有与薄膜基片背面完全相同的几何形状和尺寸。目前，常用的方法是首先精密测量出薄膜基片背面的几何形状和尺寸，然后根据测量数据，利用精密加工或者微加工的方法制造出一块金属的基片底座。这种基片底座的制作方法周期长、成本高。
发明内容
本发明的目的是克服现有基片底座制作方法的缺点，提供一种制作周期短、成本低廉的基片底座制作方法。为了避免PDMS基片底座在冷却脱模后产生收缩变形，导致在随后的芯片键合过程中聚合物薄膜基片无法与PDMS基片底座完全配合，使PDMS基片底座的整个浇注成型过程在室温下进行，PDMS的固化时间为48小时。该方法不需要测量薄膜基片背面的几何形状和尺寸，不需要昂贵的加工设备，制作过程也非常简单，而且制作周期短、成本低廉。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于薄膜微流控芯片键合的PDMS基片底座制作方法，利用已经加工成型的聚合物薄膜基片作为模具，采用操作简单的浇注成型工艺，直接将聚合物薄膜基片的背面结构直接复制到PDMS表面上，经过固化成型后得到PDMS基片底座；为了避免PDMS基片底座在冷却脱模后产生收缩变形，导致在随后的芯片键合过程中聚合物薄膜基片无法与PDMS基片底座完全配合，使PDMS基片底座的整个浇注成型过程在室温下进行，并控制PDMS的固化时间。具体包括以下步骤：
1)室温下，将PDMS预聚物和固化剂(PDMS预聚物专用固化剂)按照体积比为10:1的比例进行混合，并充分搅拌均匀，然后放入真空烘箱中进行脱气，直至PDMS混合溶液中无气泡为止。
2)将脱气后的PDMS混合溶液浇注到已经加工成型的聚合物薄膜基片的背面，在室温下保持48小时，使PDMS混合溶液完全固化。
3)将固化后的PDMS从聚合物薄膜基片的背面剥离下来，得到PDMS基片底座，将得到的PDMS基片底座用于聚合物薄膜微流控芯片的键合。
本发明的有益效果是：直接以已经加工成型的聚合物薄膜基片作为模具，采用浇注成型工艺，便可以制作出基片底座，不需要对聚合物薄膜基片的背面结构进行测量，而且整个制作过程简单、周期短、成本低。另外，与现有技术中的金属基片底座相比，本发明制备得到的PDMS基片底座还有两个显著优点。一个是PDMS具有良好的粘性，有助于芯片键合前聚合物薄膜基片在基片底座上的定位；另一个是PDMS具有较低的弹性模量，施加的键合压力能够较均匀地分布到芯片整个面上，有助于获得均匀的芯片键合。
附图说明
图1是PDMS混合溶液浇注过程图；
图2是PDMS混合溶液室温固化图；
图3是PDMS脱模后的结构图；
图中：1PDMS混合溶液，2聚合物薄膜基片，3PDMS基片底座。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施方式。
如附图1、2和3所示，室温下，将PDMS预聚物和固化剂按照体积比为10:1的比例进行混合，并充分搅拌均匀，然后放入真空烘箱中进行脱气，直至PDMS混合溶液中无气泡为止，该过程大约需要30分钟；将脱气后的PDMS混合溶液浇注到采用热成型或者辊压等方法加工成型的聚合物薄膜基片的背面，然后在室温下保持48小时，使得PDMS混合溶液完全固化；利用镊子等将固化后的PDMS轻轻地从聚合物薄膜基片的背面剥离下来，就得到了所述的用于薄膜微流控芯片键合的PDMS基片底座。

Claims (1)

1.一种用于薄膜微流控芯片键合的PDMS基片底座制作方法，其特征在于以下步骤：
1)室温下，将PDMS预聚物和固化剂(PDMS预聚物专用固化剂)按照体积比为10:1的比例进行混合，并充分搅拌均匀，然后放入真空烘箱中进行脱气，直至PDMS混合溶液中无气泡为止；
2)将脱气后的PDMS混合溶液浇注到已经加工成型的聚合物薄膜基片的背面，在室温下保持48小时，使PDMS混合溶液完全固化；
3)将固化后的PDMS从聚合物薄膜基片的背面剥离下来，得到PDMS基片底座，将得到的PDMS基片底座用于聚合物薄膜微流控芯片的键合。
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