CN108187767B - 一种可编程模块化的pdms微流控芯片模具系统 - Google Patents

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    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
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Abstract

本发明公开了一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，属于微流控技术领域。模具组装平台上设有多个硅片模具模块安装区域，不同安装区域的中间有设有数个凸台，硅片上具有加工完成的微结构。多个具有不同微结构图案的硅片模具模块通过凸台安装在模具组装平台上。本系统将制备PDMS微流控芯片的模具进行模块化设计与制造，使用硅片加工出具有不同功能的微流控芯片模具模块，再使用模具组装平台将硅片排列组合形成具有复杂功能的微流控芯片系统模具，最后使用PDMS进行倒模制成微流控芯片。本发明可显著提高微流控芯片加工过程的灵活性和降低芯片加工成本，加工过程操作简单，适用于各种单一或复杂功能的基于PDMS材料的微流控芯片制备。

Description

一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统
技术领域
本发明为一种可编程模块化的PDMS(聚二甲基硅氧烷)微流控芯片模具系统，属于微流控技术领域。
背景技术
微流控技术是指在微米尺度控制流体的技术，可在一块芯片上实现多种检测功能，并且其检测速度、精度和制作成本大大低于传统方法，广泛应用于分析化学、生命科学和医疗诊断等领域。微流控芯片是把生物、化学、医学等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，并自动完成分析全过程。微流控芯片的制备材料根据用途可分为聚合物材料、玻璃、纸等。
PDMS由于加工简便、光学特性优良、生物兼容性好等特点，是目前微流控芯片制备中使用最为广泛的材料之一。PDMS微流控芯片目前常用的制备方法是：以光刻等方法加工后的硅片为模具进行PDMS倒模，再对热固化后的PDMS与玻璃表面进行等离子处理，最后将处理完成的PDMS与玻璃片贴合完成芯片制备。模具加工作为PDMS微流控芯片制备环节的关键步骤，其加工过程复杂、设备成本高昂、耗时较长、对实验人员的微加工经验技术要求高。实际使用过程中，对于不同功能的微流控芯片需要重复光刻、倒模、封装等过程，不仅降低了加工效率，还增加了加工成本与时间。
发明内容
为了提高基于PDMS材料微流控芯片的加工效率，降低技术门槛，使非专业人员也可加工完成适合其需求的微流控芯片系统，本发明提供了一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，该系统可帮助实验人员快速组装完成适应其需要的微流控芯片系统模具，并利用该模具进行PDMS倒模，同时还可保证装配精度和模块间通道连接顺畅，操作简单易行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，该模具系统包括模具组装平台和多个具有不同微结构图案的硅片模具模块。多个具有不同为结构图案的硅片模具模块安装在模具组装平台上。
模具组装平台上设有多个硅片模具模块安装区域，不同安装区域的中间有设有数个凸台，硅片上具有加工完成的微结构。
多个具有不同微结构图案的硅片模具模块通过凸台安装在模具组装平台上。模具组装平台将硅片排列组合形成可编程的微通道结构，最终实现不同微结构图案的自由组合。
本系统将制备PDMS微流控芯片的模具进行模块化设计与制造，使用硅片加工出具有不同功能的微流控芯片模具模块，再使用模具组装平台将硅片排列组合形成具有复杂功能的微流控芯片系统模具，最后使用PDMS进行倒模制成微流控芯片。
硅片模具模块安装区域的数量不少于三个。
凸台的数量不少于两个。
硅片表面微结构图案以SU-8光刻胶光刻或硅片表面反应离子刻蚀(RIE)加工形成。
硅片模具模块与模具组装平台以过盈配合装配。
模具组装平台内不同模具模块安装区域间设置了不少于两个过渡凸台用于微流控芯片微结构连通。
各模具模块表面加工有用于PDMS倒模的微结构，各模具模块具有相同的外形尺寸。
本发明可显著提高微流控芯片加工过程的灵活性和降低芯片加工成本，加工过程操作简单，适用于各种单一或复杂功能的基于PDMS材料的微流控芯片制备。
本发明装置设计简洁，模具组装平台和模具模块采用高精度过盈配合，保证装配误差产生的缝隙尺寸不会影响PDMS倒模后的模块间的联通性，同时也保证了倒模后微通道的精度。本发明可以帮助使用者跨越PDMS微流控芯片制备过程中复杂的硅片光刻等加工步骤，可直接在模具模块组装后进行PDMS倒模加工完成微流控芯片，不仅可以大大节省实验成本，且操作简单，未经微加工专业培训的人员也可迅速掌握，制成适应其需要的微流控芯片。
附图说明
图1为本发明模具组装平台结构图。
图2为本发明用于连接硅片模具模块的过渡凸台示意图。
图3为本发明部分光刻加工完成的硅片模具模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下说明本发明的实施例。但下列实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对该领域的技术人员即实现本发明的全部内容。
实施例1
选取图3中四片硅片模具模块用于PDMS倒模，其功能分别为H型流道(用于流体萃取)、流体混合、T型流道(生成液滴)和直流道(用于过渡)。
(1)将其按照图3所示顺序安装在模具组装平台上，
(2)将PDMS预聚物配制好后倾倒在组装平台的组合模具表面，
(3)将平台放置加热板上热烘至PDMS固化即可完成PDMS倒模，
(4)将固化后的PDMS脱模，将其与同样外形尺寸的玻璃片同时进行超声清洗，然后使用离子表面处理仪进行表面改性。
(5)将PDMS与玻璃片贴合完成微流道的封闭。

Claims (7)

1.一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：该模具系统包括模具组装平台和多个具有不同微结构图案的硅片模具模块；多个具有不同微结构图案的硅片模具模块安装在模具组装平台上；
模具组装平台上设有多个硅片模具模块安装区域，不同安装区域的中间有设有数个凸台，硅片上具有加工完成的微结构；
多个具有不同微结构图案的硅片模具模块通过凸台安装在模具组装平台上；模具组装平台将硅片排列组合形成可编程的微通道结构，最终实现不同微结构图案的自由组合；
将制备PDMS微流控芯片的模具进行模块化设计与制造，使用硅片加工出具有不同功能的微流控芯片模具模块，再使用模具组装平台将硅片排列组合形成具有复杂功能的微流控芯片系统模具，最后使用PDMS进行倒模制成微流控芯片；硅片模具模块与模具组装平台以过盈配合装配。
2.根据权利要求1所述的一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：硅片模具模块安装区域的数量不少于三个。
3.根据权利要求1所述的一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：凸台的数量不少于两个。
4.根据权利要求1所述的一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：硅片表面微结构图案以SU-8光刻胶光刻或硅片表面反应离子刻蚀加工形成。
5.根据权利要求1所述的一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：
模具组装平台内不同模具模块安装区域间设置了不少于两个过渡凸台用于微流控芯片微结构连通。
6.根据权利要求1所述的一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：各模具模块表面加工有用于PDMS倒模的微结构，各模具模块具有相同的外形尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种可编程模块化的PDMS微流控芯片模具系统，其特征在于：选取四片硅片模具模块用于PDMS倒模，其功能分别为H型流道用于流体萃取、流体混合、T型流道生成液滴和直流道用于过渡；
(1)按顺序安装在模具组装平台上，
(2)将PDMS预聚物配制好后倾倒在组装平台的组合模具表面，
(3)将平台放置加热板上热烘至PDMS固化即可完成PDMS倒模，
(4)将固化后的PDMS脱模，将其与同样外形尺寸的玻璃片同时进行超声清洗，然后使用离子表面处理仪进行表面改性；
(5)将PDMS与玻璃片贴合完成微流道的封闭。
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