CN111216288A - 微流道模具表面处理方法及微流道芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种微流道模具表面处理方法，用于提高微流道芯片模具的抗粘性，包括：对微流道芯片的母版模具进行清洗；在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜层，其中，薄膜层用于降低母版模具表面的自由能。该方法在模具表面沉积Au薄膜层可大幅降低模具表面自由能，有效解决脱模过程中聚合物与模具的粘连问题，提高微流道芯片的加工效率和成功率、延长模具使用寿命。由于Au的生物相容性好，加工过程中不产生有毒有害或危险化学成分，适用于生命科学相关研究。并且该方法操作简单，使用常规镀膜设备即可实现，与半导体加工工艺链兼容性好，可满足大批量生产需要。

Description

微流道模具表面处理方法及微流道芯片的制作方法
技术领域
本公开涉及微纳米加工技术领域，特别是涉及一种微流道模具表面处理方法及微流道芯片的制作方法。
背景技术
生物芯片或称微流道芯片，是一种微型化、集成化的生物化学分析实验装置，该芯片将传统的烧杯、烧瓶与连通管的组合，以及注液、输液与检测系统等大型装置，通过微纳米加工方式集成于一个几厘米或十几厘米大小的平面基底上，具有便携性、低能耗、高精密度等优点。
近年来出于减少成本及提高生物相容性等考虑，微流道芯片的基底材料主要采用高分子聚合物，如polydimethylsiloxane(PDMS)聚二甲基硅氧烷(俗称有机硅)，polymethyl methacrylate(PMMA)聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)，以及光敏环氧树脂SU-8光刻胶等。这些高分子聚合物材料通过热压、微浇铸等方式复制母版模具上的微流道结构，可实现快速、低成本的大批量生产。母版模具通常采用较为成熟的半导体加工工艺制作，材质多为硅、玻璃或石英等。其中硅模具最为常见。
但对于较为复杂或具有精密结构的微流道芯片设计，在浇铸过程中由于聚合物与母版模具接触面积大，脱模时经常会发生粘连现象，导致脱模后的聚合物微流道结构出现破损、变形，而母版模具表面残留聚合物颗粒污染。这严重影响了微流道芯片的加工成品率和母版模具的使用寿命。
为减少聚合物脱模粘连问题、提高母版模具的抗粘性能，目前多采用在模具表面涂敷含氟聚合物薄膜或沉积长链硅烷抗粘层的方式。但这种方式通常较为繁琐，时间及人工成本高，加工过程存在有毒有害或危险化学品成分、不利于生物相容性，并且需要专门的涂敷或沉积设备，与常规半导体工艺兼容性差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对于上述技术问题，本公开提出一种微流道模具表面处理方法及微流道芯片的制作方法，用于至少解决上述技术问题。
(二)技术方案
根据本公开实施例的第一方面，提供一种微流道模具表面处理方法，用于提高微流道芯片模具的抗粘性，包括：对微流道芯片的母版模具进行清洗；在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜层，其中，薄膜层用于降低母版模具表面的自由能。
可选地，薄膜层为Au薄膜层。
可选地，Au薄膜层的厚度范围为5-200纳米。
可选地，在活化处理后的母版模具表面沉积Ti种子层或Cr种子层。
可选地，种子层的厚度范围为1-20纳米。
可选地，对微流道芯片的母版模具进行清洗，包括：将微流道芯片的母版模具依次浸入丙酮、异丙醇溶液中超声清洗；采用氮气对超声清洗后的母版模具进行干燥。
可选地，超声清洗的时间范围为5-10分钟。
可选地，Ti种子层或Cr种子层的厚度为3-5纳米。
可选地，采用磁控溅射镀膜机或电子束蒸发镀膜机或热蒸发镀膜机在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜层。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种微流道芯片的制作方法，包括：对微流道芯片的的母版模具进行清洗；在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及Au薄膜层；在Au薄膜层上浇铸高分子聚合物材料，待聚合物材料固化成型后进行脱模分离，得到微流道芯片。
(三)有益效果
本公开提供一种模具表面处理方法及微流道芯片的制作方法，有益效果为：
1、该方法在微流道模具表面沉积Au薄膜层，可大幅降低模具表面自由能，有效解决脱模过程中聚合物与模具的粘连问题，提高微流道芯片的加工效率和成功率、延长模具使用寿命。
2、由于Au的生物相容性好，加工过程中不产生有毒有害或危险化学成分，适用于生命科学相关研究。
3、该方法操作简单，使用常规镀膜设备即可实现，与半导体加工工艺链兼容性好，可满足大批量生产需要。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。其中：
图1示意性示出了根据本公开一示例性实施例的微流道模具表面处理的流程图；
图2示意性示出了根据本公开一示例性实施例的微流道芯片的制作方法流程图；
图3示出了不使用抗粘工艺处理母版模具时，浇铸脱模造成的模具污染与破损的局部显微结构图；
图4示出了根据本公开一示例性实施例的模具处理方法处理母版模具后，浇铸脱模后模具的局部显微结构图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
本公开实施例提供一种微流道模具表面的处理方法，该方法包括对微流道芯片的母版模具进行清洗。在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜。该方法可提高微流道芯片模具表面的抗粘性。
图1示意性示出了根据本公开一示例性实施例的微流道模具表面的处理方法的流程图。如图1所示，该方法例如可以包括操作S101～S102。
S101，对微流道芯片的母版模具进行清洗。
在本实施例一可行的方式中，可以将微流道芯片的母版模具依次浸入丙酮、异丙醇溶液中进行超声清洗，超声清洗的时间范围5-10分钟，例如可以超声清洗10分钟，本公开不做限制。母版模具例如可以为PDMS模板。
超声清洗完成后，取出母版模具，可使用氮气将其吹干，并转移至干燥环境中。
S102，在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜层，其中，薄膜层用于降低母版模具表面的自由能。
在本实施例一可行的方式中，将清洗后的母版模具放入真空镀膜设备中，依次沉积种子层及薄膜层，以降低母版模具表面的自由能。其中，种子层的厚度范围可以为1-20纳米。种子层可以为Ti种子层或Cr种子层，厚度优选为3-5纳米，本公开不做限制。薄膜层可以为Au薄膜层，其厚度例如可以为5-200纳米，优选的厚度范围为10-20纳米。例如可以依次沉积3纳米厚度的Ti种子层和10纳米厚度的Au薄膜层。
在本实施例一可行的方式中，真空镀膜设备包括但不限于磁控溅射镀膜机、电子束蒸发镀膜机、热蒸发镀膜机等，优选的，使用磁控溅射镀膜机或离子束镀膜机。
基于上述模具表面的处理方法，本公开实施例还提供一种微流道芯片的制作方法。图2示意性示出了根据本公开一示例性实施例的微流道芯片的制作方法的流程图。如图2所示，该方法例如可以包括操作S201～S203。
S201，对微流道芯片的母版模具进行清洗。
S202，在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及Au薄膜层。
S203，在Au薄膜层上浇铸高分子聚合物材料，待聚合物材料固化成型后进行脱模分离，得到微流道芯片。
在本实施例一可行的方式中，聚合物材料例如可以采用PDMS的预聚物与引发剂混合物(质量比10∶1)，80℃烘烤2h，待PDMS固化成型后进行脱模分离，得到微流道芯片。
本实施例未尽细节之处，请参见上述模具表面处理方法的实施例，此处不再赘述。
上述实施的方法，在母版模具表面沉积Au薄膜层可大幅降低模具表面自由能，有效解决脱模过程中聚合物与模具的粘连问题，提高微流道芯片加工效率和成功率、延长模具使用寿命。由于Au的生物相容性好，加工过程中不产生有毒有害或危险化学成分，适用于生命科学相关研究。并且该方法操作简单，使用常规镀膜设备即可实现，与半导体加工工艺链兼容性好，可满足大批量生产需要。
本公开还对本实施例提供的方法进行了验证，具体如下：
图3示出了不使用抗粘工艺处理母版模具时，浇铸脱模造成的模具污染与破损的局部显微结构图。从图中可以看出，脱膜后，模具表面粘连的高分子聚合物较多，使得聚合物微流道结构出现破损、变形。并且母版模具表面残留聚合物颗粒污染，严重影响了微流道芯片的加工成品率和母版模具的使用寿命。
图4示出了根据本公开一示例性实施例的模具处理方法处理母版模具后，浇铸脱模后模具的局部显微结构图。从图4可以看出，母版模具表面几乎没有聚合物残留，微流道结构完整。这表明本实施例提供的方法显著提高了母版模具的抗粘性。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流道模具表面处理方法，用于提高微流道芯片模具的抗粘性，其特征在于，包括：
对微流道芯片的母版模具进行清洗；
在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜层，其中，所述薄膜层用于降低所述母版模具表面的自由能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄膜层为Au薄膜层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述Au薄膜层的厚度范围为5-200纳米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在活化处理后的母版模具表面沉积Ti种子层或Cr种子层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种子层的厚度范围为1-20纳米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对微流道芯片的母版模具进行清洗，包括：
将所述微流道芯片的母版模具依次浸入丙酮、异丙醇溶液中超声清洗；
采用氮气对超声清洗后的母版模具进行干燥。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超声清洗的时间范围为5-10分钟。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Ti种子层或Cr种子层的厚度为3-5纳米。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用磁控溅射镀膜机或电子束蒸发镀膜机或热蒸发镀膜机在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及薄膜层。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述方法的微流道芯片的制作方法，其特征在于，包括：
对微流道芯片的的母版模具进行清洗；
在清洗后的母版模具表面依次沉积种子层及Au薄膜层；
在所述Au薄膜层上浇铸高分子聚合物材料，待所述聚合物材料固化成型后进行脱模分离，得到微流道芯片。
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