CN116022729A - 一种玻璃基微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃基微流控芯片及其制备方法，包括以下步骤：制得裸露光刻图形的玻璃基底，所述光刻图形包含溶液流入通道、反应通道、溶液流出通道，所述反应通道设置有围堰结构；对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的图形，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底；使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动，根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护，使各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间，制得具有不同深宽比微通道的芯片底板；制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合，制得玻璃基微流控芯片。

Description

一种玻璃基微流控芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃基微流控芯片领域，具体指有一种玻璃基微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片技术是一种利用微通道处理或操纵微小流体的技术，具有体积小、反应速度快、能耗低、样品及试剂用量少的特点。微流控芯片技术现已成为备受关注的前沿分析技术之一，在医药、生化分析以及化学合成等领域具有广阔的应用前景。在微流控芯片制备过程中，常用的材质有玻璃、石英、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PS(聚苯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。成品的微流控芯片常见材质为PDMS芯片、玻璃芯片和PMMA芯片。目前，PDMS因成本低、生物适应性好、易于制造，是快速制造微流控装置的首选材料。然而，微流控芯片在实际应用时，还需要综合考虑其化学惰性、软化温度、透光率、成型性能、键合性能等特性参数。当微流控芯片作为反应器应用于化学合成领域时，要求芯片材质能耐住DMF(N，N－二甲基甲酰胺)、DIC(N，N－二异丙基碳二亚胺)、TFA(三氟乙酸)等有机溶剂或酸碱试剂的腐蚀，此时PDMS芯片往往不适用。玻璃作为微流控芯片的重要基材，对有机溶剂具有良好的耐受性，具有不与其他物质发生化学反应、电绝缘性和散热性良好、光学性能优良、耐高压、具有较好的生物相容性等独特优势。

实际应用中通常需要在玻璃基片上进行微加工，采用的工艺通常包括微机械加工(如电化学放电、超声打孔、激光刻蚀等)、干法刻蚀和湿法刻蚀三种。在这三种加工方法中，可以使用氢氟酸溶液的湿法刻蚀法，但目前玻璃湿法刻蚀技术能达到的刻蚀深度较浅。玻璃进行深度湿法刻蚀的工艺瓶颈，主要是在刻蚀过程中强腐蚀性的刻蚀剂更容易造成掩膜保护层的塌陷、钻蚀甚至剥离。此外，在进行深度刻蚀时，刻蚀面上反应生成物的及时去除、对刻蚀速率与刻蚀时间的可控性，二者对刻蚀成败与否至关重要，是湿法刻蚀在制备不同深度的玻璃微通道应用领域待解决的问题。

现有用于医药和生物领域的微流控芯片，大多选用聚合物基(PC、PMMA、PDMS等)微流控芯片，当用于化学合成领域时存在以下缺点：

(1)芯片具有疏水性：水溶液引入通道中存在困难，疏水性物质会被吸附在PDMS芯片表面从而干扰接下来的反应进行或分析检测；

(2)弹性材质的芯片不耐高压：当通道内压增大时会改变通道的几何形状，容易发生反应液泄漏，影响实验进行或造成实验失败；

(3)芯片对有机溶剂不耐受：当进行合成实验时，因材质不耐受反应环境而发生溶解，失去芯片反应器的功能性。

现有技术进行玻璃湿法刻蚀时多数采用静置刻蚀，表面易有金属氧化物等物质沉积(刻蚀面上的反应生成物不易及时去除)，造成刻蚀通道表面粗糙度明显加大、不平整度增大，进而影响更深度的刻蚀。

现有技术湿法刻蚀的深度较浅，难以得到较高深宽比的刻蚀通道。

现有技术湿法刻蚀时使用的刻蚀液刻蚀速率过快或过慢不好调控，横向侧蚀严重，往往会造成过刻情况，刻蚀过程不可控，难以得到稳定的刻蚀结果。

现有技术在进行玻璃打孔时，多采用金刚石钻孔或比较粗糙的激光打孔，得到的圆孔上下孔径不同，边缘毛刺多，表面多存在凹凸不平，这样的盖板在与底板进行键合时很容易在芯片微通道附近产生气泡，导致芯片制备失败。

现有技术进行玻璃－玻璃高温键合时，通常采用直接升温键合方式，升温速率过快很容易造成玻璃芯片表面的崩裂，导致芯片制备失败。

针对上述的其中一个或多个现有技术存在的问题设计一种玻璃基微流控芯片及其制备方法是本发明研究的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种玻璃基微流控芯片及其制备方法，能够有效解决上述现有技术存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种玻璃基微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

通过镀铬工艺、匀胶工艺、光刻工艺、显影工艺、坚膜工艺、去铬工艺，制得裸露光刻图形的玻璃基底，所述光刻图形包含溶液流入通道、反应通道、溶液流出通道，所述反应通道设置有围堰结构；

对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的图形，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底；

使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动，根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护，使各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间，制得具有不同深宽比微通道的芯片底板；

制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合，制得玻璃基微流控芯片。

进一步地，所述溶液流入通道、所述反应通道、所述围堰结构、所述溶液流出通道在所述玻璃基底上依次首位间隙设置，并且各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间后，所述溶液流入通道、所述反应通道、所述溶液流出通道依次连通，所述反应通道与所述围堰结构连通。

进一步地，所述湿法刻蚀液为40％HF：HNO3：H2O(v/v)＝(8－12)：(5－10)：(25－40)，所述湿法刻蚀液的刻蚀速度稳定。

进一步地，所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度为200－250μm、所述反应通道的刻蚀通道目标深度为400－500μm、所述围堰结构的刻蚀通道目标深度为8－12μm、所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度为60－100μm；

所述对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的通道，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底包括：对所述溶液流入通道、所述围堰结构、所述溶液流出通道分别进行保护。

进一步地，所述根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护包括：

将暴露所述反应通道的所述分步保护的玻璃基底放置于所述湿法刻蚀液中，对所述反应通道进行刻蚀；

当所述反应通道的当前深度距离目标深度为所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度±3μm时，去除所述溶液流入通道的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道进行刻蚀；

当所述反应通道和/或所述溶液流入通道的当前深度距离目标深度为所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度±3μm时，去除所述溶液流出通道的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道、所述溶液流出通道进行刻蚀；

当所述反应通道和/或所述溶液流入通道和/或所述溶液流入通道的当前深度距离目标深度为所述围堰结构的刻蚀通道目标深度±1μm时，去除所述围堰结构的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道、所述溶液流出通道、所述围堰结构进行刻蚀；

当所述围堰结构达到目标深度，停止湿法刻蚀。

进一步地，所述根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护之前，包括：测量所述湿法刻蚀液的刻蚀速度；

湿法刻蚀过程中，根据刻蚀速度＊刻蚀时间计算各个通道的当前深度。

进一步地，所述使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动包括：

将所述分步保护的玻璃基底设置有光刻图形的一面朝下放置于搅拌机构中，将所述湿法刻蚀液盛放于搅拌机构中，通过搅拌机构控制所述湿法刻蚀液的温度，通过搅拌机构匀速搅拌所述湿法刻蚀液使其形成平缓的涡流。

进一步地，所述制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合包括：

所述溶液流入通道包含入样孔，所述溶液流出通道包含出样孔，通过紫外纳秒激光仪对芯片盖板对应所述入样孔和所述出样孔的位置打孔；

将所述芯片底板的入样孔、出样孔和所述芯片盖板的孔位对准，加压锁紧后，以2℃/min升温至130℃，保持130℃50min后，再以2℃/min升温至600℃，在600℃处保温键合16h，之后以1℃/min的降温速率降至室温。

进一步提供一种玻璃基微流控芯片，由所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法制得；

所述溶液流入通道包含入样孔、入样通道，所述溶液流出通道包含出样通道、出样孔，所述入样孔、所述入样通道、所述反应通道、所述出样通道、所述出样孔依次连通连接；

所述入样通道可以是一条或多条，每条所述入样通道均在其末端设置有所述入样孔，若所述入样通道是多条则多条所述入样通道等角度间隔设置；和/或

所述出样通道可以是直线或蛇形蜿蜒结构。

进一步地，所述围堰结构为三排及以上的柱状阵列结构。。

因此，本发明提供以下的效果和/或优点：

本申请通过刻蚀液在玻璃基底的表面流动，刻蚀液与玻璃基底反应后的反应物可以立即被水流带走，同时由于刻蚀液流动，可以不断地带来所需浓度的刻蚀液对玻璃基底进行反应。整个反应过程中，恒速流动使得反应速率恒定。可以根据刻蚀通道目标深度，将玻璃基底的需要刻蚀的结构暴露在刻蚀液中一定的时间，即可得到对应深度。

本申请对玻璃基板上除反应通道外的各个图形设置有保护，本发明在湿法刻蚀时，在刻蚀的不同时间段中，用聚酰亚胺胶带和聚氯乙烯薄膜对芯片底板的不同通道位置施加分步保护措施，在刻蚀结束后，可以制得具有不同深宽比的微通道，实现一个玻璃微流控芯片具有不同的反应功能特性。对芯片底板的不同通道位置施加分步保护措施，可以制得具有不同深宽比的微通道，实现一个玻璃微流控芯片具有不同的反应功能特性。

本发明在对芯片盖板进行加工时，通过适配不同的紫外纳秒激光仪摸索加工工艺，最终确定的加工方法可以批量制得上下孔径均匀，边缘无毛刺瑕疵的盖板圆孔。

本发明在进行芯片键合时，摸索出一套程序升温加压键合工艺，有效降低了玻璃芯片在加热升温过程中的崩裂率，芯片键合夹层中无气泡或仅在远离通道处有少量气泡(不影响芯片的正常使用性能)，该方法有效提高了实验室进行玻璃芯片键合的成功率。

本发明通过搅拌机构，在刻蚀过程中使得刻蚀液在芯片通道表面呈缓流状态，芯片表面沉积的金属氧化物或反应生成物能够被及时清除，制得的芯片通道表面光滑平整、深度一致，能够实现更深度的刻蚀。

本发明对芯片除刻蚀通道外的平面施加保护措施，缓解芯片通道附近的横向侧蚀情况，提高芯片表面的平整度。

应当明白，本发明的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本发明的进一步的解释。

附图说明

图1为本发明提供的方法的流程示意图。

图2为本发明其中一个实施例的光刻图形的示意图。

图3为对光刻图形保护后的示意图。

图4为升温热键合工艺的温度变化示意图。

图5为去除溶液流入通道的保护的示意图。

图6为去除溶液流入通道、溶液流出通道的保护的示意图。

图7为去除溶液流入通道、溶液流出通道、围堰结构的保护的示意图。

图8为一条入样通道的玻璃基微流控芯片的示意图。

图9为出样通道是蛇形蜿蜒结构玻璃基微流控芯片的示意图。

图10为出样通道是直线结构玻璃基微流控芯片的示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：应了解到，在本实施例中所提及的步骤，除特别说明其顺序的，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。

参考图1，一种玻璃基微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1，通过镀铬工艺、匀胶工艺、光刻工艺、显影工艺、坚膜工艺、去铬工艺，制得裸露光刻图形的玻璃基底，如图2所示，所述光刻图形包含溶液流入通道1、反应通道2、围堰结构3、溶液流出通道4；其中，溶液流入通道1包含入样孔101和入样通道102，溶液流出通道4包含出样通道401和出样孔402。

本步骤中，镀铬工艺、匀胶工艺、光刻工艺、显影工艺、坚膜工艺、去铬工艺均为现有技术的直接采用，不涉及本申请的核心改进点。

其中，芯片底板在进行湿法刻蚀操作前，已经完成了镀铬、匀胶、光刻、显影、坚膜和去铬等操作。芯片底板为B270玻璃，表面镀有120nm的铬层，所用光刻胶为AZ1500，胶厚500nm。使用激光直写光刻机对芯片底板进行光刻，之后显影30s，将显影后的芯片底板置于120℃加热板上坚膜，将坚膜后的芯片底板置于去铬液中腐掉微通道表面的铬层，裸露出具有光刻图形的玻璃基底。

其中，围堰结构3设置于反应通道2靠近溶液流出通道的四分之三处。

S2，对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的图形，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底；

由于玻璃基底上暴露的各个结构的所需的刻蚀深度不同，但是玻璃基底放入刻蚀液后，暴露的各个结构均会被刻蚀液开始刻蚀，因此可以根据不同的结构分别进行保护。例如，本实施例中，刻蚀所需的深度可以设置为：溶液流入通道200μm，反应通道450μm，围堰结构10μm，溶液流出通道60μm。因此，各个通道均不相同，并且反应通道最深，因此在反应通道意外的各个结构均则在每个通道设置一个保护5。

本实施例中，对每个通道的保护5采用聚酰亚胺胶带和聚氯乙烯薄膜，可以很好的贴设在每个结构，同时聚酰亚胺胶带和聚氯乙烯薄膜具有一定的厚度。如图3所示，通过保护5贴设在溶液流入通道、围堰结构、溶液流出通道。并且，保护5是可以撕开的，也就是说，撕开保护后相应的结构即可暴露。本发明中对芯片施加保护措施的聚酰亚胺胶带和聚氯乙烯薄膜是实验室中常见的胶带和薄膜，可以替换成其他耐溶剂腐蚀、撕下后不易残胶的胶带或保护膜。

S3，使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动，根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护，使各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间，制得具有不同深宽比微通道的芯片底板；

本实施例中，湿法刻蚀是将被刻蚀材料浸泡在湿法刻蚀液内进行腐蚀的技术，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的材料。湿法刻蚀液是由HF、HNO₃、与H₂O按一定比例配成的缓冲溶液。温度一定时，刻蚀速率取决于湿法刻蚀液的配比和SiO₂掺杂情况。SiO₂刻蚀速率对温度最敏感，温度越高，腐蚀越快。

使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动是本申请的核心技术改进点。现有技术多为静态刻蚀，刻蚀液与玻璃基底接触的过程中，产生的反应物会沉积在相应的通道或结构内，同时，反应后玻璃基底周围的刻蚀液的反应物浓度降低，影响进一步反应。通过刻蚀液在玻璃基底的表面流动，刻蚀液与玻璃基底反应后的反应物可以立即被水流带走，同时由于刻蚀液流动，可以不断地带来所需浓度的刻蚀液对玻璃基底进行反应。整个反应过程中，恒速流动使得反应速率恒定。

由于反应速率恒定，因此，可以根据刻蚀通道目标深度，将玻璃基底的需要刻蚀的结构暴露在刻蚀液中一定的时间，即可得到对应深度。由于在步骤S2中对玻璃基底设置了保护，因此，当最深的目标通道反应一定时间后，将保护去除使保护对应的部分暴露，从而使该部分与最深的目标通道一同刻蚀。最终即可得到不同深度、不同位置分布的各个通道，制得具有不同深宽比微通道的芯片底板。

本实施例还可以通过搭建一个动态匀速湿法刻蚀装置并将芯片处于倒置刻蚀，动态匀速湿法刻蚀装置可以是一个带有诸多通孔的载板，使得玻璃基板既可以暴露在刻蚀液中，又可以被载板抬高，使得刻蚀液充分流动在玻璃基板的表面。在其他实施例中，也可以是提供匀速动力的组件、反应器皿和芯片承载固定架可以有多种不同的形式，在此不做限定。

由于对不同芯片微通道刻蚀要求的不同，需要相应适中的刻蚀速率，因此需要同步更换湿法刻蚀液的配方，即40％HF、HNO₃和H₂O的配比，仍可实现对刻蚀过程的全程可控。在此不对湿法刻蚀液的比例具体限定。

S4，制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合，制得玻璃基微流控芯片。进一步地，所述制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合包括：

所述溶液流入通道包含入样孔，所述溶液流出通道包含出样孔，通过紫外纳秒激光仪对芯片盖板对应所述入样孔和所述出样孔的位置打孔；

将所述芯片底板的入样孔、出样孔和所述芯片盖板的孔位对准，加压锁紧后，以2℃/min升温至130℃，保持130℃50min后，再以2℃/min升温至600℃，在600℃处保温键合16h，之后以1℃/min的降温速率降至室温。

本步骤中，采用程序升温加压键合的方式完成对芯片底板和盖板的键合，将芯片底板通道上的圆孔与芯片盖板上的圆孔对准，用钢板加压锁紧后置于马弗炉中，程序升降温过程如图4所示。升温速率为2℃/min，在130℃时平衡50min，之后以2℃/min升温至600℃，在600℃处保温键合16h，之后以1℃/min的降温速率降至室温。其中，在130℃处的平衡过程是给芯片一个预键合的过程，使得芯片初步键合上；在600℃处的长时间保温过程有利于消除芯片在预键合时通道附近的大片牛顿环结构，牛顿环即为气泡，缓慢的升/降温过程则是为了避免在退火过程中，玻璃芯片内部因应力较大而发生崩裂情况。实验结果表明，通过此键合工艺，有效降低了玻璃芯片在加热升温过程中的崩裂率，芯片键合夹层中无气泡或仅在远离通道处有少量气泡(不影响芯片的正常使用性能)，该方法有效提高了实验室进行玻璃芯片键合的成功率。

使用紫外纳秒激光仪加工芯片盖板圆孔，最终确定的加工方法可以批量制得上下孔径均匀，边缘无毛刺瑕疵的盖板圆孔。

本发明中进行芯片键合时分为四步：低温平衡、缓慢匀速升温、高温保温和缓慢匀速降温，在进行不同成分组成的玻璃热键合时，键合规律可以依照此趋势，但低温平衡温度、高温保温温度和升降温速率会略有不同。

进一步地，所述溶液流入通道1、所述反应通道2、所述围堰结构3、所述溶液流出通道4在所述玻璃基底上依次首位间隙设置，并且各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间后，所述溶液流入通道1、所述反应通道2、所述溶液流出通道4依次连通，所述反应通道2与所述围堰结构3连通。

如图2所示，光刻图形对应各个通道一开始是间隙设置的，这是因为，在湿法刻蚀的过程中，刻蚀液对各个通道除了会向下进行深度刻蚀以外，还会向外围进行刻蚀，为了保证各个通道的连接处的形状和宽度准确，本申请在一开始对应的个通道的图形是间隙设置的，在湿法刻蚀的过程中，各个通道的末端向外边缘扩展后从而相连在一起。

进一步地，所述湿法刻蚀液为40％HF：HNO3：H2O(v/v)＝(8－12)：(5－10)：(25－40)，所述湿法刻蚀液的刻蚀速度稳定。

本实施例中，配制湿法刻蚀液40％HF：HNO₃：H₂O(v/v)＝11：9：30，该配比下的刻蚀液刻蚀速率为2.54μm/min，刻蚀情况稳定，刻蚀过程全程可控，避免了过刻情况或深度刻不足情况的发生。在其他实施例中，也可以是该范围内的任意数值，只需要根据该配比确定其刻蚀速率即可。

进一步地，所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度为200－250μm、所述反应通道的刻蚀通道目标深度为400－500μm、所述围堰结构的刻蚀通道目标深度为8－12μm、所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度为60－100μm；

所述对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的图形，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底包括：对所述溶液流入通道、所述围堰结构、所述溶液流出通道分别进行保护。

本实施例中，所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度为200μm、所述反应通道的刻蚀通道目标深度为450μm、所述围堰结构的刻蚀通道目标深度为10μm、所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度为60μm。

由于反应通道所需的刻蚀深度最深，因此可以于最初的时刻开始刻蚀，不需要设置保护。即可将玻璃基底直接放入刻蚀液中，使反应通道与刻蚀液立即接触。

进一步地，所述根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护包括：

将暴露所述反应通道的所述分步保护的玻璃基底放置于所述湿法刻蚀液中，对所述反应通道进行刻蚀；

参考图5，当所述反应通道的当前深度距离目标深度为所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度±3μm时，去除所述溶液流入通道的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道进行刻蚀；

参考图6，当所述反应通道和/或所述溶液流入通道的当前深度距离目标深度为所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度±3μm时，去除所述溶液流出通道的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道、所述溶液流出通道进行刻蚀；

参考图7，当所述反应通道和/或所述溶液流入通道和/或所述溶液流入通道的当前深度距离目标深度为所述围堰结构的刻蚀通道目标深度±1μm时，去除所述围堰结构的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道、所述溶液流出通道、所述围堰结构进行刻蚀；

当所述围堰结构达到目标深度，停止湿法刻蚀。

由于本申请采用了使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动，避免了玻璃基板周围反应液浓度变化以及反应物沉积阻挡反应面暴露的情况，因此反应速率是恒定的，反应深度可控。本申请通过对最深的通道开始反应，最深的通道剩下的所需反应的深度与第二深的通道的深度相同时，撕开第二深的通道的保护，使两者开始同时反应，其他通道的反应时间节点的原理与上述类似。整个刻蚀速率恒定并且可以人为控制不同通道的暴露节点，从而起到多个通道在不同的节点开始刻蚀，最终多个通道同时达到所需刻蚀深度。

进一步地，所述根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护之前，包括：测量所述湿法刻蚀液的刻蚀速度；

湿法刻蚀过程中，根据刻蚀速度＊刻蚀时间计算各个通道的当前深度。

本步骤中，在上述配置了刻蚀液。该配比下的刻蚀液，刻蚀温度保持在25℃时刻蚀速率为2.54μm/min，刻蚀情况稳定，刻蚀过程全程可控。

由于溶液流入通道200μm，反应通道450μm，围堰结构10μm，溶液流出通道60μm深度的需要，以及刻蚀速率为2.54μm/min，因此在开始刻蚀99min后，拆掉溶液流入通道处的保护，继续刻蚀54min后，拆掉溶液流出通道处的保护，继续刻蚀20min后，拆掉围堰结构处的保护，继续刻蚀4min，完成芯片底板的刻蚀。在刻蚀结束后，(1)因芯片平面的保护措施，有效缓解了芯片通道附近的横向侧蚀情况，提高了芯片表面的平整度；(2)可以同时制得具有不同深宽比的微通道，其中，最大深度可达450μm，最小深度为10μm，实现一个玻璃微流控芯片具有不同的反应功能特性。

进一步地，所述使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动包括：

将所述分步保护的玻璃基底设置有光刻图形的一面朝下放置于搅拌机构中，将所述湿法刻蚀液盛放于搅拌机构中，通过搅拌机构控制所述湿法刻蚀液的温度，通过搅拌机构匀速搅拌所述湿法刻蚀液使其形成平缓的涡流。

本步骤中，将所述分步保护的玻璃基底设置有光刻图形的一面朝下放置于搅拌机构中是因为，刻蚀后的反应物在重力的作用下容易下沉，光刻图形的一面朝下放置，则反应物可以自然脱离光刻图形并更好地随刻蚀液的流动被带走。

本步骤中，将磁力搅拌器的速度调至500r/min，此时刻蚀容器内的的刻蚀液面呈平缓的涡流，刻蚀温度保持在25℃。将带有保护的玻璃基板的底板图形面朝下放置在聚四氟乙烯固定架上，玻璃基板平面两端通过贴聚氯乙烯薄膜而抬高芯片底板平面与聚四氟乙烯固定架间的距离，使得刻蚀液可以与芯片表面充分接触反应并通过液流的流动及时清除掉芯片表面的生成物。刻蚀后的芯片通道表面光滑平整，深度一致，能进行更大深度的刻蚀。

进一步提供一种玻璃基微流控芯片，由所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法制得；

参考图2，所述溶液流入通道1包含入样孔101、入样通道102，所述溶液流出通道4包含出样通道401、出样孔402，所述入样孔101、所述入样通道102、所述反应通道2、所述出样通道401、所述出样孔402依次连通连接；

本实施例中，溶液流入通道1作为刻蚀液和固载物质的流入通道，反应通道2作为主反应器进行反应，围堰结构3用于围栏反应通道内的固载物质，溶液流出通道4作为产物和废液的流出通道。

其中，所述入样通道102可以是一条或多条，每条所述入样通道均在其末端设置有所述入样孔，若所述入样通道是多条则多条所述入样通道等角度间隔设置；

如图8所示的玻璃基微流控芯片包含一条入样通道。如图9所示的玻璃基微流控芯片包含两条入样通道。

和/或所述出样通道可以是直线或蛇形蜿蜒结构；

如图8或图9所示的玻璃基微流控芯片的所述出样通道是蛇形蜿蜒结构。如图10所示的玻璃基微流控芯片的所述出样通道是直线结构。

所述围堰结构为三排及以上的柱状阵列结构。

如图2所示的玻璃基微流控芯片所述围堰结构3为三排及以上的柱状阵列结构，用于围栏反应通道内的固载物质。图2中，所述围堰结构3中的白色部分是柱状结构，所述围堰结构3中的黑色阴影部分是未被刻蚀的玻璃。反应液体从柱状结构的缝隙排走，柱状结构用于拦住固载。本实施例中，为10排的柱状阵列结构。柱状结构的排数量越多，则截流效果约好。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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应理解为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。此外，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。

Claims (10)

1.一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

通过镀铬工艺、匀胶工艺、光刻工艺、显影工艺、坚膜工艺、去铬工艺，制得裸露光刻图形的玻璃基底，所述光刻图形包含溶液流入通道、反应通道、溶液流出通道，所述反应通道设置有围堰结构；

对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的图形，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底；

使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动，根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护，使各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间，制得具有不同深宽比微通道的芯片底板；

制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合，制得玻璃基微流控芯片。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述溶液流入通道、所述反应通道、所述围堰结构、所述溶液流出通道在所述玻璃基底上依次首位间隙设置，并且各个通道分别在恒速流动的湿法刻蚀液中暴露相应的时间后，所述溶液流入通道、所述反应通道、所述溶液流出通道依次连通，所述反应通道与所述围堰结构连通。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述湿法刻蚀液为40％HF：HNO3：H2O(v/v)＝(8-12):(5-10):(25-40)，所述湿法刻蚀液的刻蚀速度稳定。

4.根据权利要求3所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度为200-250μm、所述反应通道的刻蚀通道目标深度为400-500μm、所述围堰结构的刻蚀通道目标深度为8-12μm、所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度为60-100μm；

所述对所述裸露光刻图形的玻璃基底除反应通道以外的通道，根据不同的刻蚀通道深度分别进行保护，得到分步保护的玻璃基底包括：对所述溶液流入通道、所述围堰结构、所述溶液流出通道分别进行保护。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护包括：

将暴露所述反应通道的所述分步保护的玻璃基底放置于所述湿法刻蚀液中，对所述反应通道进行刻蚀；

当所述反应通道的当前深度距离目标深度为所述溶液流入通道的刻蚀通道目标深度±3μm时，去除所述溶液流入通道的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道进行刻蚀；

当所述反应通道和/或所述溶液流入通道的当前深度距离目标深度为所述溶液流出通道的刻蚀通道目标深度±3μm时，去除所述溶液流出通道的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道、所述溶液流出通道进行刻蚀；

当所述反应通道和/或所述溶液流入通道和/或所述溶液流入通道的当前深度距离目标深度为所述围堰结构的刻蚀通道目标深度±1μm时，去除所述围堰结构的保护，对所述反应通道、所述溶液流入通道、所述溶液流出通道、所述围堰结构进行刻蚀；

当所述围堰结构达到目标深度，停止湿法刻蚀。

6.根据权利要求5所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述根据刻蚀通道目标深度，在相应的时间分别去除所述分步保护的玻璃基底的保护之前，包括：测量所述湿法刻蚀液的刻蚀速度；

湿法刻蚀过程中，根据刻蚀速度*刻蚀时间计算各个通道的当前深度。

7.根据权利要求1所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述使湿法刻蚀液在所述分步保护的玻璃基底的表面恒速流动包括：

将所述分步保护的玻璃基底设置有光刻图形的一面朝下放置于搅拌机构中，将所述湿法刻蚀液盛放于搅拌机构中，通过搅拌机构控制所述湿法刻蚀液的温度，通过搅拌机构匀速搅拌所述湿法刻蚀液使其形成平缓的涡流。

8.根据权利要求1所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述制备芯片盖板，将所述芯片底板和所述芯片盖板键合包括：

所述溶液流入通道包含入样孔，所述溶液流出通道包含出样孔，通过紫外纳秒激光仪对芯片盖板对应所述入样孔和所述出样孔的位置打孔；

将所述芯片底板的入样孔、出样孔和所述芯片盖板的孔位对准，加压锁紧后，以2℃/min升温至130℃，保持130℃50min后，再以2℃/min升温至600℃，在600℃处保温键合16h，之后以1℃/min的降温速率降至室温。

9.一种玻璃基微流控芯片，其特征在于，由权利要求1-8任意一条所述的一种玻璃基微流控芯片的制备方法制得；

所述溶液流入通道包含入样孔、入样通道，所述溶液流出通道包含出样通道、出样孔，所述入样孔、所述入样通道、所述反应通道、所述出样通道、所述出样孔依次连通连接；

所述入样通道可以是一条或多条，每条所述入样通道均在其末端设置有所述入样孔，若所述入样通道是多条则多条所述入样通道等角度间隔设置；和/或

所述出样通道可以是直线或蛇形蜿蜒结构。

10.根据权利要求9所述的一种玻璃基微流控芯片，其特征在于，所述围堰结构为三排及以上的柱状阵列结构。

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