CN1131428C - 用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法，首先在第一玻璃片上打孔，然后在第二玻璃片上镀Cr膜，甩涂光刻胶，用刻有微管道图形的模板作为掩膜版，对光刻胶曝光并显影，露出该处的Cr膜层，再刻蚀，形成微管道图形，最后用腐蚀液在第二玻璃片上刻蚀出微管道网络，使上、下玻璃片的通孔、端部相对准，在高温度下使两片玻璃键合。本发明的方法，制造成本低，易于大批量生产，工艺流程的简单，提高了制造成品率。
Description
技术领域 本发明涉及一种用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法，属于生物化学分析技术领域中生物芯片制造技术。
背景技术 目前，毛细管电泳技术在分析领域特别是DNA分析和药物筛选中占据着重要的地位。常规毛细管电泳技术与其他分析技术相比尽管有分析效率高、分析速度快等诸多优点，但仍然满足不了现代大量样品分析的高速度、高效率和高通量的要求。基于毛细管电泳芯片的分析技术在很大程度上可以满足这一要求。加拿大Alberta大学，D.Jed Harrison.Micromachining a Miniaturized CapillaryElectrophoresis-Based Chemical Aanalysis System on a Chip.Science，1993，261：895～897、美国橡树岭国家实验室Jacobson Stephen C，Culbertson Christopher T，DalerJustin E，et al.Microchip structures for submillisecond electrophoresis.AnalyticalChemistry，1998，70(16)：3476-3480以及美国Berkeley大学，Simpson P C，Roach D，Woolley A T，et al.High-throughput genetic analysis using microfabricated 96-samplecapillary array electrophoresis microplate.Proceedings of natural acadamic science，1998，95：2256～2261等先后推出了以Pyrex玻璃上为材料的电泳芯片的制作技术。其制作方法一般如下：在第一片玻璃上打通孔；在第二片玻璃表面溅射或蒸镀Cr/Au/Cr掩膜层或Cr/Au掩膜层，作为抗HF腐蚀的掩膜层；通过光刻，将微管道网络图形制作在掩膜层上，微管道端部和第一片玻璃的通孔相对应；以HF∶HNO3作腐蚀液在玻璃上刻蚀出微管道网络；将第一片玻璃和第二片玻璃对准，使第一片玻璃的通孔和第二片玻璃上微管道网络的端部对准，并热键合。由于其抗腐蚀的掩膜层以Au膜为主，制作成本高，导致电泳芯片的成本较高。
发明内容 本发明的目的是提出的一种用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法，以微细加工技术为基础，采用OCG825胶作为抗腐蚀的掩膜层，与Au掩膜层相比，制作方法简单，费用低廉，以600℃～620℃为热键合温度，缩短键合时间，使工艺简单、成本低；快速、易于批量生产。
本发明提出的用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法，包括如下步骤：
1、在第一玻璃片上打孔，孔径在1毫米到2毫米之间。
2、对第二玻璃片表面进行抛光处理和清洗，使第二玻璃片表面清洁光滑，然后在玻璃上溅射或蒸镀Cr膜，使Cr膜的厚度为120nm～145nm，在Cr膜上甩涂光刻胶并预烘，预烘时间为20～30分钟，温度为100℃～120℃，用刻有微管道网络图形的模板作为掩膜版，对光刻胶曝光并显影，以去除光刻胶层上对应于掩膜版微管道网络图形位置的光刻胶，露出该处的Cr膜层，再后烘，时间为20～30分钟，温度为140℃～150℃，用硝酸铈铵溶液对露出的Cr层进行刻蚀，露出该处的玻璃，从而形成微管道网络图形，硝酸铈铵溶液中硝酸铈铵的含量小于15％；
3、采用HF与HNO3腐蚀液在第二玻璃片上刻蚀出微管道网络，HF与HNO3腐蚀液中的HF体积比小于40％，使微管道的深度为5～40μm，宽度为30～120μm，最后将玻璃片放在H2SO4和H2O2的混合液中浸泡，以去除掩膜层，浸泡时间为20～30分钟；
4、使第一玻璃片上的通孔与第二玻璃片上微管道的端部相对准，然后在600℃～620℃温度下使两片玻璃粘接键合在一起，热键合时间为1.5～4小时，即得用于化学分析的毛细管电泳芯片。热键合时间以使两片玻璃间的牛顿环消失来控制。
利用本发明的方法制备的毛细管电泳芯片，与现有技术相比具有以下优点：
1、由于采用OCG825胶不仅作为抗腐蚀液的掩膜层，同时也是用于光刻的胶层，因此甩胶的完成使抗腐蚀液的掩膜层，和用于光刻的胶层同时完成，简化了工艺，易于推广使用。
2、由于采用OCG825胶作为抗腐蚀液的掩膜层，而不是Au作掩膜层，制造成本低，易于大批量生产。
3、工艺流程的化简，减少了工艺过程中缺陷产生的几率，提高了制造成品率。
4、采用该制备方法制作的微管道光滑，提高了电泳分离的效果。
5、该制备方法不需要复杂的工艺设备，实用方便。
附图说明
图1为第一玻璃片的结构示意图。
图2第二玻璃片的结构示意图。
图3电泳芯片立体图。
图4为实施例1中第一玻璃片的结构示意图。
图5为实施例1中第二玻璃片的结构示意图。
图6为实施例2中第二玻璃片的结构示意图，
图1至图6中，1为第一玻璃片，2为第二玻璃片，3、4为第一玻璃片上的通孔，5为注样管道、6为分离管道，如图中所示，第一玻璃片的通孔3、4和第二片玻璃的微管道5、6的端部互相对准。图1中的通孔直径为1～2mm，图2中的微管道的深度为5～40μm，宽度为30～120μm。
具体实施方式
实施例1：
1、采用金刚石钻头或超声波在第一片玻璃打通孔，通孔的位置与第二片玻璃微管道端部相对应，孔径在1.4毫米；打孔后的第一片玻璃再进行抛光处理，抛光要求为玻璃表面光洁度为3级，平整度1个光圈。
2、对第二片玻璃表面进行抛光处理。要求使玻璃表面光洁度不大于3级，平整度不大于半个光圈；玻璃浸泡在H2SO4∶H2O2(体积比为4∶1)混合液中清洗，再用二次去离子水清洗玻璃。在清洁光滑的第二片玻璃表面制作掩膜层：在第二片玻璃上溅射或蒸镀Cr膜，Cr膜厚度为120nm；在Cr膜上甩胶OCG825并预烘，预烘时间为20分钟，温度为120℃；用刻有微管道网络的掩膜版对光刻胶曝光并显影，去除光刻胶层上对应于掩膜版微管道网络图形地方的光刻胶，露出该处Cr层，再后烘，时间为20～30分钟，温度为140℃～150℃；用硝酸铈铵溶液对露出的Cr层进行刻蚀，露出该处的玻璃，从而形成微管道网络图形。硝酸铈铵溶液中硝酸铈铵的含量为13％。
3、采用HF∶HNO3腐蚀液在第二片玻璃上刻蚀出微管道网络，HF∶HNO3腐蚀液中HF体积比为40％，微管道的深度为30μm，宽度为100μm。将第二片玻璃放在H2SO4∶H2O2(体积比为4∶1)的混合液中浸泡，时间为30分钟，以去除掩膜层。
4、玻璃-玻璃键合包括第一片玻璃和第二片玻璃的对准、光胶和热键合。第一片玻璃和第两片玻璃的对准是指将第一片玻璃上的通孔和第二片玻璃微管道端部对准，将上、下两片玻璃的光胶实现以两片玻璃间的牛顿环消失为准。上、下两片玻璃的热键合是指在一定的温度下使两片玻璃粘接在一起。热键合温度控制在620℃，热键合时间为2小时。
实施例2：
实施例二中第一片玻璃的结构示意图和实施例一中第一片玻璃的结构相同，但通孔直径为1毫米。
图中2为第二片玻璃，5为注样管道，6为分离管道，微管道端部和第一片玻璃的通孔相对应。管道深10μm，宽80μm。制备方法如下：
1、采用金刚石钻头或超声波在玻璃上打通孔，通孔的位置与第二片玻璃微管道端部相对应，孔径为1毫米；打孔后的第一片玻璃再进行抛光处理，抛光要求为玻璃表面光洁度为3级，平整度半个光圈。
2、对第二片玻璃表面进行抛光处理，要求使玻璃表面光洁度不大于3级，平整度不大于半个光圈；玻璃浸泡在H2SO4∶H2O2(体积比为3∶1)混合液中清洗，再用二次去离子水清洗玻璃。在清洁光滑的第二层玻璃表面进行掩膜层的制作：在玻璃上溅射或蒸镀Cr膜，Cr膜厚度为145nm；在Cr膜上甩光刻胶OCG825并预烘，预烘时间为20分钟，温度为120℃；用刻有微管道网络的掩膜版对光刻胶曝光并显影，去除光刻胶层上对应于掩膜版微管道网络图形地方的光刻胶，露出该处Cr层，再后烘，时间为30分钟，温度为140℃，用硝酸铈铵溶液对露出的Cr层进行刻蚀，露出该处的玻璃，从而形成微管道网络图形。硝酸铈铵溶液中硝酸铈铵的含量为13％。
3、采用HF∶HNO3腐蚀液在第二片玻璃上刻蚀出微管道网络，HF∶HNO3腐蚀液中HF体积比为20％，微管道的深度为10μm，宽度为80μm；将第二片玻璃放在H2SO4∶H2O2(体积比为3∶1)的混合液中浸泡，去除时间为20分钟，以去除掩膜层。
4、玻璃-玻璃键合包括第一片玻璃和第两片玻璃的对准、光胶和热键合。第一片玻璃和第两片玻璃的对准是指将第一片玻璃上的通孔和第二片玻璃微管道端部对准，将上、下两片玻璃的光胶实现以两片玻璃间的牛顿环消失为准。上、下两片玻璃的热键合是指在一定的温度下使两片玻璃粘接在一起。热键合温度控制在600℃，热键合时间在4小时。
Claims (1)
1、一种用于化学分析的毛细管电泳芯片的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)在第一玻璃片上打孔，孔径在1毫米到2毫米之间；
(2)对第二玻璃片表面进行抛光处理和清洗，使第二玻璃片表面清洁光滑，然后在玻璃上溅射或蒸镀Cr膜，使Cr膜的厚度为120nm～145nm，在Cr膜上甩涂OCG825光刻胶并预烘，预烘时间为20～30分钟，温度为100℃～120℃，用刻有微管道网络图形的模板作为掩膜版，对光刻胶曝光并显影，以去除光刻胶层上对应于掩膜版微管道网络图形位置的光刻胶，露出该处的Cr膜层，再后烘，时间为20～30分钟，温度为140℃～150℃，用硝酸铈铵溶液对露出的Cr层进行刻蚀，露出该处的玻璃，从而形成微管道网络图形，硝酸铈铵溶液中硝酸铈铵的含量小于15％；
(3)采用HF与HNO3腐蚀液在第二玻璃片上刻蚀出微管道网络，HF与HNO3腐蚀液中的HF体积比小于40％，使微管道的深度为5～40μm，宽度为30～120μm，最后将玻璃片放在H2SO4和H2O2的混合液中浸泡，以去除掩膜层，浸泡时间为20～30分钟；
(4)使第一玻璃片上的通孔与第二玻璃片上微管道的端部相对准，然后在600℃～620℃温度下使两片玻璃粘接键合在一起，热键合时间为1.5～4小时，即得用于化学分析的毛细管电泳芯片。
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