CN108212229B - 一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺 - Google Patents

一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，主要应用于微流控芯片的微液滴操控，解决微管道内壁面流体黏附和两相相融合问题，具体方法为：(1)用UV‑LIGA技术制作带有微流道的聚二甲基硅氧烷微流控芯片；(2)沿流道方向施加拉力于芯片两侧；(3)在发型弹性变形状态的聚二甲基硅氧烷芯片流道中嵌入直径小于微流道宽度的金属丝；(4)激光光束透过聚二甲基硅氧烷材料作用在金属丝表面上；(5)关闭激光器，以一定规律撤去拉力；本发明相对于现有技术而言，所实用的纳秒激光器成本低，制备效率高，疏水面积大小和疏水位置可控，疏水结构为规律的波状皱纹结构，结构尺寸可实现微米‑纳米级调控。

Description

一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺
技术领域
本发明涉及微流控芯片制作领域，具体涉及一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺。
背景技术
微流控芯片是一种微型化、集成化的便携分析设备，其流道的尺寸为微米级，分析剂量以微升计量。在某些方面，微流控芯片中的微流道需要经过表面疏水或亲水改性后才能达到实际应用需求。比如在微液滴操控应用方面，管道内表面进行超疏水改性后，可以大幅度降低流道的运输阻力，随意的改变要操作的微液滴样品传输方向，甚至可以越过一个平台到另一个平台进行三维的操作。这给应用带来了许多方便，同时也避免了在很多情况下微管道里出现壁面流体的黏附和两相相融合的问题。
目前制作聚二甲基硅氧烷三维微流道疏水表面的方法主要有：方法1：采用热压成型、注塑成型、机械加工或光刻制出模板，其次浇筑聚二甲基硅氧烷材料复制模板的结构，加热固化并脱模形成流道后，再注入化学剂，对流道内表面进行刻蚀。这种方法工艺复杂，疏水面积范围控制较为困难，且表面特性因为化学试剂处理可能会发生化学反应。方法2：使用飞秒激光在材料表面直接刻蚀加工出超疏水结构。但该方法所需要的飞秒激光器成本极高，并且所制备的超疏水结构表面十分粗糙，加工效率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，实现聚二甲基硅氧烷微流控芯片表面疏水位置可控，实现聚二甲基硅氧烷微观结构有规律并且可控，能利用疏水原理进行接触角控制。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，包括如下步骤：
步骤一：用UV-LIGA技术制作带有微流道的聚二甲基硅氧烷微流控芯片；
步骤二：沿流道方向施加拉力于芯片两侧，使芯片发生弹性变形；
步骤三：在发生弹性变形状态的聚二甲基硅氧烷微流控芯片流道中嵌入略小于微流道宽度的金属丝，使金属丝紧贴流道内壁表面；
步骤四：使用激光器发生激光光束透过聚二甲基硅氧烷材料作用在金属丝表面上；
步骤五：关闭激光器，以一定规律撤去拉力，使聚二甲基硅氧烷微流控芯片恢复自然状态。
优选的，所述聚二甲基硅氧烷微流控芯片微流道的宽度为50-500μm。
优选的，所述拉力大小为0.5-10N。
优选的，所述激光器为1064nm波长的纳秒光纤激光器。
优选的，所述纳秒光纤激光器功率可调范围为0-20W，脉冲频率设置为30kHz。
优选的，所述纳秒光纤激光器所发射的激光光斑沿着微流道以200-800mm/s的速度移动。
优选的，所述的一定规律可为均匀速度、均匀变速或者随机变速中的一种。
本发明提供的一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺的有益效果在于：
1)实现聚二甲基硅氧烷微流控芯片表面疏水位置和疏水面积大小可控；
2)实现聚二甲基硅氧烷微观结构有规律并且可控，能利用疏水原理进行接触角控制；
3)实现高深宽比的流道内壁疏水改性；
4)使用的纳秒激光器成本低，制备效率高；
5)结构尺寸可实现微米-纳米级调控。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例：一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺。
本发明提供的一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，包括如下步骤：
步骤一：用UV-LIGA技术制作带有微流道的聚二甲基硅氧烷微流控芯片，微流道的宽度为50μm；
步骤二：沿流道方向可施加0.5N的拉力于芯片两侧，使芯片产生弹性变形；
步骤三：在发生弹性变形状态的聚二甲基硅氧烷微流控芯片流道中嵌入直径为49μm的金属丝，使金属丝紧贴流道内壁表面；
步骤四：使用波长为1064nm、功率为10W，脉冲频率为30kHz的纳秒光纤激光器发射激光光束以200mm/s的速度透过聚二甲基硅氧烷材料作用在金属丝表面上，金属丝表面产生热冲击，使聚二甲基硅氧烷微流控芯片流道内壁表面的力学性能(如弹性模量、泊松比)发生改变；
步骤五：关闭纳秒光纤激光器，以均匀速度撤去拉力，使聚二甲基硅氧烷微流控芯片恢复自然状态，由于流道内壁表面的弹性模量和内部的弹性模量不同，导致表层和内部的收缩量不一致，从而在表面薄层形成规律的波状皱纹结构，这里的皱纹周期波长为300mm，振幅为20mm。
本实施例中，聚二甲基硅氧烷材料对1064nm波长的纳秒光纤激光器发生的激光光束的吸收率是很低的，因此激光可以透光聚二甲基硅氧烷材料作用在金属死表面，金属丝吸收激光能量，表面发热产生的热冲击作用于聚二甲基硅氧烷表面，使得聚二甲基硅氧烷表面力学性能发生改变。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，用UV-LIGA技术制作带有微流道的聚二甲基硅氧烷微流控芯片，其特征在于，包括如下的步骤：
步骤一：沿流道方向施加拉力于芯片两侧，使芯片发生弹性变形；
步骤二：在发生弹性变形状态的聚二甲基硅氧烷微流控芯片流道中嵌入略小于微流道宽度的金属丝，使金属丝紧贴流道内壁表面；
步骤三：使用激光器发生激光光束透过聚二甲基硅氧烷材料作用在金属丝表面上；
步骤四：关闭激光器，以一定规律撤去拉力，使聚二甲基硅氧烷微流控芯片恢复自然状态。
2.如权利要求1所述的聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷微流控芯片微流道的宽度为50-500μm。
3.如权利要求1所述的聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，其特征在于：所述拉力大小为0.5-10N。
4.如权利要求1所述的聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，其特征在于：所述激光器为1064nm波长的纳秒光纤激光器。
5.如权利要求4所述的聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，其特征在于：所述纳秒光纤激光器功率可调范围为0-20W，脉冲频率设置为30kHz。
6.如权利要求5所述的聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，其特征在于：所述纳秒光纤激光器所发射的激光光斑沿着微流道以200-800mm/s的速度移动。
7.如权利要求1所述的聚二甲基硅氧烷三维微流道表面疏水结构成型工艺，其特征在于：所述的一定规律可为均匀速度、均匀变速或者随机变速中的一种。
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