CN110152748A - 一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法 - Google Patents

一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法。利用光刻技术，实现X切铌酸锂晶片表面的图案化，利用真空蒸镀技术在图案化的微区域蒸镀铁膜，然后利用退火工艺实现微流控芯片的制作。利用聚焦激光光斑微液滴边缘的移动，可实现微液滴的切割。此技术发明弥补了微流控芯片技术中缺少对微液滴切割手段的不足，实现了微液滴的切割路线可调，切割时间可控，整个切割过程可实时观测，这对生物医药和生命科学领域的发展具有重大意义。

Description

一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法
技术领域
本发明涉及微流控芯片的操控领域，具体涉及一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法。
背景技术
微流控芯片技术近年来发展迅速，芯片集成的部件越来越多，且集成规模也越来越大，同时微流控芯片可以处理大量的平行样本，具有通量高、分析速度快、污染小的特点，为材料学、化学、生命科学、生物医学领域的应用提供了一个有力的平台。
尽管已经有了这么多引人注目的发展，但是在微流控领域仍然面临着很多的挑战，对于微液滴的分离手段仍然十分有限，这为微流控技术的应用带来了诸多不便。本发明基于这样的问题现状，发明了一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法，弥补了微流控芯片技术中缺少对微液滴切割手段的不足，实现了微液滴的切割路线可调，切割时间可控，整个切割过程可实时观测，这对微流控芯片技术的发展和应用具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是实现一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法，所使用的芯片主要制作工艺为利用光刻技术在X切纯铌酸锂晶片上形成一个图案化的微区域，然后在该微区域上通过真空蒸镀技术镀上一层铁膜，在氧气中经过高温退火后，制得微流控芯片。
此芯片的制作材料是高纯度铁丝和X切铌酸锂晶片。在实验室里使用光刻技术在铌酸锂表面上制作图案化的微区域，光刻技术时所用的掩膜版是由我们独立绘制图纸，并交给微流控设备厂家制作的。将显影后的铌酸锂晶片放在真空蒸镀机蒸镀平台上蒸镀铁膜，然后将制得的芯片在氧气环境中进行高温退火，冷却至室温后制得我们所需要的微流控芯片，镀上铁膜的微区域可实现对微液滴的切割。
蒸镀铁膜的质量跟铌酸锂表面洁净度十分密切，因此为保证铁膜与铌酸锂表面牢固接触，我们在进行光刻前，先对铌酸锂用无水乙醇进行超声波清洗，然后再用等离子清洗机进行等离子体清洗。
将绝缘油用移液枪滴在微流控芯片表面上有铁膜的微区域中，使用CCD相机捕获清晰的微液滴物像，打开激光器，适当调节激光器功率，使激光进入物镜聚焦在微流控芯片上。通过计算机程序控制透明三维平移台运动，使聚焦激光光斑照射到微液滴的边缘，通过计算机控制激光扫描的路径，可实现切割时间可控，切割位置可控，切割过程可实时观测的微液滴切割。
与现有技术相比，本发明的优点在于：此技术发明弥补了微流控芯片技术中缺少对微液滴切割手段的不足，实现了微液滴的切割路线可调，切割时间可控，整个切割过程可实时观测。而且此微流控芯片可批量生产，制作简单且成本较低，整个制作流程安全无污染。
附图说明
图1为本发明用于微液滴切割的微流控芯片结构示意图。
图2为用于微流控芯片中微液滴切割的一种实施例(实施例1)的切割过程图。
图3为用于微流控芯片中微液滴切割的一种实施例(实施例2)的切割过程图。
图4为用于微流控芯片中微液滴切割的一种实施例(实施例3)的切割过程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明
在本发明中用于微液滴切割的微流控芯片结构如图1所示。
我们使用光刻技术，利用光刻胶，掩膜版和紫外曝光箱上进行微流控芯片的制作。光刻主要有旋涂，前烘，曝光，显影，去胶五个工艺组成。为保证铁膜质量，在进行光刻前，先对铌酸锂晶片进行清洗，具体操作为用无水乙醇超声清洗15分钟，并用氮气吹干，然后进行等离子清洗。由于我们需要在特定微区域上蒸镀铁膜，故使用SUN-115P正性光刻胶，使用旋涂机在铌酸锂晶片表面均匀旋涂一层光刻胶。然后在80℃下烘干20min，冷却至室温后进行曝光处理。曝光时所使用的掩膜版是我们使用Auto CAD软件设计，交给微流控设备厂家制作的。通过曝光将掩膜版上的微流控芯片设计图案转移到光刻胶涂层上。然后用SUN-238D显影液将曝光图案区的光刻胶洗去。这样我们就把掩膜版上的图案成功转印到了铌酸锂晶片上。
然后将直径为0.4mm的高纯度铁丝缠绕在真空蒸镀机的钨丝上，将显影后的铌酸锂晶片放在样品台上，抽真空至2.5x10-2pa后，进行蒸镀铁膜的步骤。蒸镀完毕后，放在SUN-80R去胶液中，洗掉多余的SUN-115P正性光刻胶。然后将镀上铁膜的铌酸锂晶片放在单温区管式退火炉中，在氧气气氛中1000℃保温3h进行退火处理，目的是将铁膜扩散进铌酸锂中，待其冷却至室温即完成芯片的制作。
芯片的制作是完成本发明的工具，仪器的使用也是完成本发明所必须的操作。
将微流控芯片放置在透明三维平移台上，使用CCD相机捕获清晰的微液滴物像，打开激光器，适当调节激光器功率，使激光进入物镜聚焦在微流控芯片上。通过计算机程序控制透明三维平移台运动，使聚焦激光光斑照射到微液滴的边缘，通过计算机控制激光扫描的路径和速度，可实现切割位置可控，切割时间可控，可实时观测的微液滴切割。
下面给出本发明用于切割微液滴方案的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
使用405nm激光器，激光功率30mW，物镜放大倍数为25倍，将激光光斑聚焦在微液滴的边缘，控制激光光斑的移动，实现微液滴的局部切割，切割出的液滴形状如说明书附图图2所示。
实施例2
使用405nm激光器，激光功率40mW，物镜放大倍数为25倍，将激光光斑聚焦在微液滴的边缘，控制激光光斑的移动，实现微液滴的局部切割，切割出的液滴形状如说明书附图图3所示。
实施例3
使用405nm激光器，激光功率50mW，物镜放大倍数为25倍，将激光光斑聚焦在微液滴的边缘，控制激光光斑的移动，实现微液滴的局部切割，切割出的液滴形状如说明书附图图4所示。
以上所述具体实例对本发明的技术方案、实施办法做了进一步的详细说明，应理解的是，以上实例并不仅用于本发明，凡是在本发明的精神和原则之内进行的同等修改、等效替换、改进等均应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于微液滴切割的微流控芯片，其特征在于：利用光刻技术，实现X切铌酸锂表面的图案化，利用真空蒸镀技术在图案化的微区域蒸镀铁膜，然后利用退火工艺实现微流控芯片的制作。
2.一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法，其特征在于：微液滴的切割时间可通过调节聚焦激光光斑运动的速度进行控制。
3.一种用于微流控芯片中微液滴切割的方法，其特征在于：微液滴的切割部位可通过调节聚焦激光光斑的起始位置进行控制。
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