CN113351269B - 一种pdms微流控芯片上半球腔制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，包括如下步骤：S1、将含PDMS与固化剂的第一混合液倒在硅片上并予以保持；S2、将球形阳模放在硅片上的设定位置；S3、将第一混合液固化成型为PDMS模具，PDMS模具具有通过球形阳模形成的半球腔；S4、将PDMS模具从硅片上取下，并将球形阳模放入PDMS模具的半球腔，其中，PDMS模具上的除半球腔之外的区域覆盖隔离层；S5、将含PDMS与固化剂的第二混合液倒在PDMS模具上并予以保持；S6、将第二混合液固化成型为具有上半球腔的PDMS微流控芯片，随后将PDMS微流控芯片与PDMS模具分离。所制备的PDMS微流控芯片的上半球腔能够实现光的聚集，特别适用于某些微弱光信号的捕捉及检测的场景，例如实时荧光核酸扩增检测等应用。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片制造加工领域，特别是涉及一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺。
背景技术
微型全分析系统概念20世纪90年代首次提出，此后在微电子、微机械、生物工程和纳米技术的基础上，微流控技术迅速发展起来，成为当前世界最前沿的科技领域之一，在生物、化学、医学等领域有广泛的应用。目前其核心技术是以微流控技术为基础的微流控芯片，又称芯片实验室(Lab on chip)。微流控芯片常用材质有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)等。
微流控芯片的加工主要依托于微机电加工技术，PDMS微流控芯片的加工主要依靠光刻工艺，其缺点在于光刻只能一层一层的光刻，球形、半球形这种形状无法得到。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，包括如下步骤：
S1、将含PDMS与固化剂的第一混合液倒在硅片上并予以保持；
S2、将球形阳模放在所述硅片上的设定位置；
S3、将所述第一混合液固化成型为PDMS模具，所述PDMS模具具有通过所述球形阳模形成的半球腔；
S4、将所述PDMS模具从所述硅片上取下，并将所述球形阳模放入所述PDMS模具的所述半球腔，其中，所述PDMS模具上的除所述半球腔之外的区域覆盖隔离层；
S5、将含PDMS与固化剂的第二混合液倒在所述PDMS模具上并予以保持；
S6、将所述第二混合液固化成型为具有上半球腔的PDMS微流控芯片，随后将所述PDMS微流控芯片与所述PDMS模具分离。
进一步地：
在步骤S1之前还包括如下步骤：
在所述硅片上进行光刻以预先确定所述设定位置。
所述光刻包括：在所述硅片上倒上光刻胶，然后经过旋涂、前烘，之后将用来确定半球腔位置的掩模版放在涂有光刻胶的硅片表面上，进行紫外曝光，再进行中烘，随后通过显影液进行显影，再进行后烘。
所述球形阳模的材质采用聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、ABS、铝合金、钢或铁。
步骤S2中，用耐高温胶将所述球形阳模与所述硅片粘接。
所述球形阳模为光固化3D打印的光敏树脂球，步骤S2中，采用紫外固化的方式将所述球形阳模与所述硅片连接。
所述第一混合液和所述第二混合液中的PDMS与固化剂按照10：1的质量比混合；步骤S3和步骤S6中，所述固化成型包括在80℃的烘箱里加热30min。
所述隔离层为胶布，步骤S4中，先用上表面胶布和下表面胶布分别覆盖所述PDMS模具的上下两面，其中所述上表面胶布在半球腔的相应位置留出圆孔以便将所述球形阳模放入所述半球腔。
步骤S4中，先将PDMS模具的不平整部分切掉，再覆盖所述胶布。
一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，包括如下步骤：
S1、将含PDMS与固化剂的混合液倒在硅片上并予以保持；
S2、将半球形阳模放在所述硅片上的设定位置；
S3、将所述混合液固化成型为具有上半球腔的PDMS微流控芯片，随后将所述PDMS微流控芯片与所述硅片分离。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提出了一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，该工艺简便高效可靠，所制备的PDMS微流控芯片的上半球腔能够实现光的聚集，特别适用于某些微弱光信号的捕捉及检测的场景，例如实时荧光核酸扩增检测等应用。
附图说明
图1为本发明一种实施例制备的有半球腔的PDMS微流控芯片最终结构示意图；
图2为本发明一种实施例使用球形阳模的PDMS模具固化成型结构示意图；
图3为本发明一种实施例使用球形阳模的PDMS微流控芯片固化成型结构示意图；
图4为本发明一种实施例使用半球阳模的PDMS微流控芯片成型结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1至图4，在一种实施例中，一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，包括硅片光刻、球形或半球阳模与硅片的连接，及半球腔的成型等过程。硅片光刻是为了确定PDMS微流控芯片上半球腔的位置。球形或半球阳模保证阳模的材质及形状尺寸不影响最终半球腔的成型。阳模与硅片的连接是将球形或半球阳模放在硅片上的相应位置，然后在硅片上倒胶，实现半球腔成型。本发明能够在PDMS微流控芯片上制备半球腔，半球腔有助于荧光的聚集，从而实现实时荧光核酸扩增检测。
所述硅片光刻是在直径3英寸的硅片上倒上光刻胶，然后经过旋涂、前烘，之后将设计好用来确定半球腔位置的掩模版放在涂有光刻胶的硅片表面上，进行紫外曝光，再进行中烘，通过显影液进行显影，进行后烘，硅片光刻过程完成。
所述球形或半球阳模的材质不限于采用聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、ABS等常见的塑料及铝合金、钢、铁等常用的金属及合金。所述球形或半球阳模的加工方法不限于采用3D打印、注塑、锻造、铸造等。
所述阳模与硅片的连接可以采用直接将阳模放在硅片的相应位置、或用耐高温胶进行粘接，对于光固化3D打印的光敏树脂球或半球也可以采用紫外固化的方式与硅片进行连接。
所述半球腔成型是将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂按照10：1的质量比混合，再抽真空，使混合液中气泡被抽出，将混合液倒在已连接球形或半球阳模的硅片上，再抽真空，之后放在80℃的烘箱里，加热30min，半球腔成型。
一种使用球形阳模的PDMS微流控芯片半球腔制备工艺包括：
(1)进行硅片1光刻，确定好半球腔的位置。
(2)将已经抽完真空的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂10：1质量比的混合液倒入用锡箔纸包好的硅片1上，保证不漏液。
(3)选定球形阳模2的材质，阳模与硅片1的连接方式采用直接将球形阳模2放在硅片1的相应位置。
(4)将其放在80℃的烘箱里，加热30min，进行第一次固化成型。
第一次固化成型制成的PDMS微流控芯片上半球腔由于球形阳模固定在硅片上的相应位置会造成半球腔底部形状的变化，因此以第一次固化成型的PDMS微流控芯片为PDMS模具3，配合球形阳模2的使用，进行第二次PDMS固化成型，来获得质量效果较好的半球腔。
(5)将固化成型的PDMS模具3从硅片上揭下，将PDMS模具的不平整部分切掉，PDMS模具3上下两面分别覆盖上表面胶布4和下表面胶布6，并将上表面胶布4覆盖着半球腔位置的部分用镊子去掉，然后将球形阳模2放入其中。
(6)将已经抽完真空的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂10：1质量比的混合液倒入用锡箔纸包好的第一次成型的PDMS模具3上，保证不漏液。
(7)将其放在80℃的烘箱里，加热30min，进行第二次固化成型。
(8)将第二次固化成型得到的PDMS微流控芯片5与胶布分离，即得到所需要的质量高的半球腔PDMS微流控芯片。
一种使用半球阳模的PDMS微流控芯片半球腔制备工艺包括：
(1)进行硅片1光刻，确定好半球腔的位置。
(2)选定半球阳模7的材质，阳模与硅片1的连接方式可采用用耐高温胶进行粘接或对于光固化打印的半球阳模7可采用紫外固化连接。
(3)将已经抽完真空的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂10：1质量比的混合液倒入用锡箔纸包好的硅片上，保证不漏液。
(4)将其放在80℃的烘箱里，加热30min，进行半球腔成型，然后取出，将半球腔PDMS微流控芯片8与硅片分离，即得到所需要的质量高的半球腔PDMS微流控芯片。
以下结合附图进一步描述本发明具体实施例。
如图1所示为含半球腔的PDMS微流控芯片的结构示意图。
如图2所示为球形阳模PDMS模具第一次固化成型结构示意图，硅片1采用光刻工艺制作而成，用于确定半球腔的具体位置；球形阳模2选用直径为3mm的钢球，钢球在浇筑混合液后，放在硅片1上相应位置；PDMS模具3为第一次固化成型得到的。
如图3所示为球形阳模PDMS微流控芯片第二次固化成型结构示意图，包括球形阳模2、PDMS模具3、上表面胶布4、PDMS微流控芯片5、下表面胶布6。在第一次固化成型后，上表面胶布4和下表面胶布6覆盖住含有球形阳模2的PDMS模具3，其中上表面胶布4在对应位置留出圆孔，之后用锡箔纸包好，在其上倒入PDMS混合液，最后得到所需要的PDMS微流控芯片5。
如图4所示为半球阳模PDMS微流控芯片成型结构示意图，包括硅片1、半球阳模7、包含流道的PDMS微流控芯片8。半球阳模7可采用光固化3D打印进行制造，材质为树脂，其与硅片1的连接采用紫外光固化的方法。
球形或半球阳模的材质不限于采用聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、ABS等常见的塑料及铝合金、钢、铁等常用的金属及合金。球形或半球阳模的加工方法不限于采用3D打印、注塑、锻造、铸造等。
一种使用球形阳模的PDMS微流控芯片半球腔制备方法具体步骤包括：
(1)进行硅片1光刻，确定好半球腔的位置。
(2)将已经抽完真空的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂10：1质量比的混合液倒入用锡箔纸包好的硅片1上，保证不漏液。
(3)选定球形阳模2的材质，球形阳模2与硅片1的连接方式采用直接将球形阳模2放在硅片1的相应位置。
(4)将其放在80℃的烘箱里，加热30min，进行第一次固化成型。
(5)将所获得的PDMS模具3从硅片1上揭下，将PDMS模具3的不平整部分切掉，用上表面胶布4和下表面胶布6分别覆盖芯片上下两面，其中上表面胶布4在半球腔相应位置留出圆孔，然后将球形阳模2放入PDMS模具3中。
(6)将已经抽完真空的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂10：1质量比的混合液倒入用锡箔纸包好的由步骤(5)得到的模具上，保证其不漏液。
(7)将其放在80℃的烘箱里，加热30min，进行第二次固化成型。
(8)将第二次固化成型获得的PDMS微流控芯片5与上表面胶布4分离，即得到所需要的质量高的半球腔PDMS微流控芯片。
一种使用半球阳模的PDMS微流控芯片半球腔制备方法具体步骤包括：
(1)进行硅片1光刻，确定好半球腔的位置。
(2)选定半球阳模7的材质，半球阳模7与硅片1的连接方式可采用用耐高温胶进行粘接或对于光固化打印的半球阳模7可采用紫外固化连接。
(3)将已经抽完真空的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与固化剂10：1质量比的混合液倒入用锡箔纸包好的与半球阳模7紧密连接的硅片1上，保证不漏液。
(4)将其放在80℃的烘箱里，加热30min，进行半球腔成型，然后取出，将获得的PDMS微流控芯片8与硅片1分离，即可得到所需要的质量高的半球腔PDMS微流控芯片。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
Claims (9)
1.一种PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将含PDMS与固化剂的第一混合液倒在硅片上并予以保持；
S2、将球形阳模放在所述硅片上的设定位置；
S3、将所述第一混合液固化成型为PDMS模具，所述PDMS模具具有通过所述球形阳模形成的半球腔；
S4、将所述PDMS模具从所述硅片上取下，并将所述球形阳模放入所述PDMS模具的所述半球腔，其中，所述PDMS模具上的除所述半球腔之外的区域覆盖隔离层；
S5、将含PDMS与固化剂的第二混合液倒在所述PDMS模具上并予以保持；
S6、将所述第二混合液固化成型为具有上半球腔的PDMS微流控芯片，随后将所述PDMS微流控芯片与所述PDMS模具分离。
2.如权利要求1所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，在步骤S1之前还包括如下步骤：
在所述硅片上进行光刻以预先确定所述设定位置。
3.如权利要求2所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，所述光刻包括：在所述硅片上倒上光刻胶，然后经过旋涂、前烘，之后将用来确定半球腔位置的掩模版放在涂有光刻胶的硅片表面上，进行紫外曝光，再进行中烘，随后通过显影液进行显影，再进行后烘。
4.如权利要求1至3任一项所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，所述球形阳模的材质采用聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、ABS、铝合金、钢或铁。
5.如权利要求1至3任一项所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，步骤S2中，用耐高温胶将所述球形阳模与所述硅片粘接。
6.如权利要求1至3任一项所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，所述球形阳模为光固化3D打印的光敏树脂球，步骤S2中，采用紫外固化的方式将所述球形阳模与所述硅片连接。
7.如权利要求1至3任一项所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，所述第一混合液和所述第二混合液中的PDMS与固化剂按照10：1的质量比混合；步骤S3和步骤S6中，所述固化成型包括在80℃的烘箱里加热30min。
8.如权利要求1至3任一项所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，所述隔离层为胶布，步骤S4中，先用上表面胶布和下表面胶布分别覆盖所述PDMS模具的上下两面，其中所述上表面胶布在半球腔的相应位置留出圆孔以便将所述球形阳模放入所述半球腔。
9.如权利要求8所述的PDMS微流控芯片上半球腔制备工艺，其特征在于，步骤S4中，先将PDMS模具的不平整部分切掉，再覆盖所述胶布。
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