CN215029011U - 一种微流控芯片的快速对准键合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微流控芯片的快速对准键合装置，包括显微镜(1)、安装支架(2)、工作台(3)，还包括上平台(5)和下平台(4)，其中上平台(5)安装在工作台(3)上，下平台(4)安装在安装支架(2)上，上平台(5)和下平台(4)上均设有可拆卸式平板，待对准的上微流控芯片和下微流控芯片分别固定在上平台(5)和下平台(4)的平板上。与现有技术相比，本实用新型具有可以快速、精确地实现对准等优点。

Description

一种微流控芯片的快速对准键合装置

技术领域

本实用新型涉及一种对准仪，尤其是涉及一种微流控芯片的快速对准键合装置。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

微流控技术是一种操控微量液体(10^-6-10^-9L)的系统科学与技术。它的主要特点是微型化，这意味着它外形小巧和便携、试剂消耗少、节约成本。微流控芯片易于定制，通过不同方式可以实现许多功能，比如高通量、器官芯片、数字微流体、液滴生成器等。此外，微流控芯片通常是透明的，加之它外形尺寸小，使得它适配大部分显微镜观察平台，并可以进行实时观测。

PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)芯片，因其成本低，加工过程简单，而且具有良好的化学惰性等特点，成为广泛应用于微流控领域的聚合物材料。近年来PDMS芯片成为organ-on-chip等生物组织培养和检测领域的首选芯片。细胞或者组织培养常常需要芯片上具有3D的微结构，而传统加工方法很难加工具有3D结构的PDMS芯片，很难满足organ-on-chip等研究领域的需求。因此研究人员提出了把上下两片带有微结构的PDMS芯片键合在一起，形成3D结构的方法。PDMS芯片上的微结构通常在几微米到几十微米之间，即使借助显微镜，如果需要手动调节位置，也无法实现精确对准。

微流控芯片的封装最常使用一种键合方式，即等离子体键合。氧等离子体处理后的PDMS，其表面引入了亲水性质的-OH基团。同样，由于玻璃或硅基底通过氧等离子体处理后，表面含有大量Si-OH键。将处理后的PDMS与PDMS(或玻璃、或硅)表面相贴合，两表面的-OH之间发生反应，在二者之间形成了牢固的Si-O键结合，从而完成了二者间不可逆键合。这种键和方式虽然高效且不需要额外胶水物质，但有一个致命缺点，就是等离子体激活的-OH表面在空气中会迅速失活，导致微流控芯片的键合强度不够，这是导致微流控芯片漏气、漏液的主要原因。

由于微流控芯片的微结构通常只有几微米到几十微米，如果PDMS芯片与非透明材料(如具有微结构的硅片)键合，则通常很难看清并对准微结构。因此，在对准仪上、下两端设置明亮的光照，可以有效看清上、下微流控芯片的微结构，以此来提高对准精度。

中国专利ZL200420092837.5公开了一种用于透明材料制成的透明微流控芯片装配的显微对准装置。该装置包括体视显微镜和一安装在体视显微镜底座平台上的三自由度平台，安装图像处理软件的计算机与CCD图像采集系统电联接；在体视显微镜物镜下方通过螺纹连接安装一旋转对焦机构，所述的旋转对焦机构由一可装夹在物镜镜筒下端内的固定套筒，固定套筒内设有螺纹；一旋转套筒上部分的外壁设有螺纹，其底面中心开有一凹槽，外壁设有螺纹的部分插入固定套筒内螺合连接，该旋转套筒的凹槽中安放上微流控透明芯片；三维工作台的中央安放下微流控透明芯片。但是该专利由于采用套筒，在对准过程中配件不可拆卸，以致于不能进行预对准以增加对准速度，而快速对准是保证等离子体键合强度的关键。另外，套筒型底座不能配备有背光灯，因此不利于显微镜下对准时对样品的采光。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种微流控芯片的快速对准键合装置，解决了现有对准仪对准速度慢、对准精度差，不适合PDMS和硅片的对准等问题

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种微流控芯片的快速对准键合装置，包括显微镜、安装支架、工作台，还包括上平台和下平台，其中上平台安装在工作台上，下平台安装在安装支架上，下平台上设有可拆卸式下平板，上平台上设有可拆卸式上平板，待对准的上微流控芯片和下微流控芯片分别固定在上平板和下平板上。

所述的安装支架包括水平底板和其上垂直固定的立柱，该立柱上设有垂直滑槽。

所述的显微镜和上平台均通过Z轴平移器安装在安装支架上。所述的Z轴平移器包括滑块和固定轴，其中滑块可滑动安装在安装支架的垂直滑槽内，并通过固定轴定位。通过Z轴平移器可调节显微镜和上平台Z轴上的高度，即调节显微镜和上平台之间的间距，以及上平台与下平台之间的间距。

所述的安装支架上设有前光照，前光照位于上平台上方，前光照的光照范围对准其下方的上平台和下平台，通过前光照照亮两个片层。

所述的上平台内安装一可拆卸式的上平板，其结构为三边水平框，该水平框的三条边均设有卡槽，上平板从无边的一侧插入卡槽内固定。

所述的下平台底部固定在工作台上，顶部固定下平板，固定方式可以为卡扣、粘结或螺接等可拆卸式安装方式。

所述的上平板为透明板材，如玻璃板，所述的下平板为可弯曲的板材，如毛塑料板。

所述的工作台内装有旋转台，下平台固定在旋转台上；

所述的工作台底部设有X向和Y向滑轨。

所述的下平台内装有背光灯。

显微镜可以为普通显微镜，也可以为体式显微镜，还可以外接数码显微镜，在电脑上进行实时观察。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本对准仪可以快速、精确地实现对准，上、下平台装有可拆卸的平板，在对准操作用，先将两个需要对准的片层粘在两个平板上，在对准仪上进行粗对准，然后两个片层连同平板仪器一起进行等离子体处理，处理后将平板迅速装回对准仪，对两个需要对准的片层进行细对准，然后进行键合。整个对准过程耗时1分钟，本对准仪的特征就是对准快速，这样的好处是尽量缩短等离子体处理的表面在空气中暴露的时间，可以极大地提高芯片键合的几率和强度。

2.本对准仪特别适合PDMS硅橡胶与黑色材料(如硅片是黑的、硅片上的PDMS膜通常很暗)的对准，因为往往不透明材料上的微图案很难看清楚，本申请对准仪特殊之处在于利用前光照灯进行强光照明，然后用体式显微镜进行肉眼观察，在体式显微镜下，可以很清晰地看到硅基材上的图案，从而进行快速准确地对准。

3.本对准仪下平台装有X/Y/R(旋转)台，其上有LED灯阵列进行背光照明，保证芯片在体式显微镜下看的清楚，下平台可实现X向和Y向以及旋转的运动需求，Z向由上方的Z轴平移器实现，上下平台均为开阔的平板结构，不影响上下微流控芯片进出操作，简单方便。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种微流控芯片的快速对准键合装置，包括体式显微镜1、安装支架2、工作台3，所述的安装支架2上设有前光照8，所述的工作台3上设有下平台4，安装支架2上设有上平台5，下平台4上设有可拆卸式下平板6，上平台5上设有可拆卸式上平板7，待对准的上微流控芯片和下微流控芯片分别固定在上平板7和下平板6上。

所述的安装支架2包括水平底板和其上垂直固定的立柱，该立柱上设有垂直滑槽。所述的体式显微镜1和上平台5均通过Z轴平移器9安装在安装支架2上。所述的Z轴平移器9包括滑块91和固定轴92，其中滑块91可滑动安装在安装支架2的垂直滑槽内，并通过固定轴92定位。通过Z轴平移器可调节体式显微镜1和上平台5Z轴上的高度，即调节体式显微镜1和上平台5之间的间距，以及与下平台之间的间距。

所述的前光照8位于上平台5上方，前光照8的光照范围对准其下方的上平台5和下平台4，通过前光照8照亮两个片层。

所述的上平台5内安装一可拆卸式的上平板7，其结构可以为一三边水平框，该水平框的三条边均设有卡槽，所述的上平板7为玻璃板，安装时从三边水平框无边的一侧插入卡槽内固定。所述的下平台4底部固定在工作台3上，顶部固定上平板6，下平板6为毛塑料板，固定方式可以为卡扣、粘结或螺接等可拆卸式安装方式。

所述的工作台3内装有旋转台，下平台4固定在旋转台上；所述的工作台3底部设有X向和Y向滑轨。所述的下平台4内装有LED灯阵列。

体式显微镜1也可以外接数码相机，在电脑上进行实时观察。

上述装置的使用方法如下：

1.将上微流控芯片和下微流控芯片分别固定在上平板7和下平板6上，固定方式可以为粘结，上微流控芯片通常通过吸附作用与上平板的玻璃粘接，下微流控芯片通常使用少量双面胶与下平板粘接。

2.将上平板7插入上平台5内，下平板6粘结下平台4上；

3.旋转工作台3并进行X向和Y向调整，使上微流控芯片和下微流控芯片进行粗对准；

4.将粗对准后的上平板7和下平板6取出，连通其上固定上微流控芯片和下微流控芯片一起置于等离子体处理装置中，进行等离子体处理；

5.将等离子体处理后的上平板7和下平板6取出，重新安装在上平台5和下平台4上，且由于安装时上、下平台的位置仍处于粗对准状态，上平板7和下平板6的尺寸远大于上微流控芯片和下微流控芯片，因此，安装更加方便快捷；

6.对两个需要对准的上微流控芯片和下微流控芯片进行细对准，然后进行键合；

7.将细对准后的上、下平台取下，进行退火处理后剥离上下平板即可获得键合好的微流控芯片。

整个过程只需要1min，大大提高了对准速度，而且提高了对准精度。

Claims (10)

1.一种微流控芯片的快速对准键合装置，包括显微镜(1)、安装支架(2)、工作台(3)，其特征在于，还包括上平台(5)和下平台(4)，其中上平台(5)安装在工作台(3)上，下平台(4)安装在安装支架(2)上，上平台(5)和下平台(4)上均设有可拆卸式平板，待对准的上微流控芯片和下微流控芯片分别固定在上平台(5)和下平台(4)的平板上。

2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的安装支架(2)包括水平底板和其上垂直固定的立柱，该立柱上设有垂直滑槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的显微镜(1)和上平台(5)均通过Z轴平移器(9)安装在安装支架(2)上。

4.根据权利要求3所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的Z轴平移器(9)包括滑块(91)和固定轴(92)，其中滑块(91)可滑动安装在安装支架(2)的垂直滑槽内，并通过固定轴(92)定位。

5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的安装支架(2)上设有前光照(8)，前光照(8)位于上平台(5)上方，前光照(8)的光照范围对准其下方的上平台(5)和下平台(4)。

6.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的上平台(5)包括一个三边水平框，该水平框的三条边均设有卡槽，上平板(7)从无边侧插入卡槽内固定。

7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的下平台(4)底部固定在工作台(3)上，顶部固定下平板(6)。

8.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的上平台(5)上安装的上平板(7)为透明板材，所述的下平台(4)上安装的下平板(6)为可弯曲的板材。

9.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的工作台(3)内装有旋转台，下平台(4)固定在旋转台上；

所述的工作台底部设有X向和Y向滑轨。

10.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的快速对准键合装置，其特征在于，所述的下平台(4)内装有背光照。

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