TWI526392B - 形成微流道結構的方法 - Google Patents

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Description

形成微流道結構的方法
一種形成微流道的方法及微流道結構，尤其是關於一種利用自體具有黏性的雙面膠帶形成微流道圖案，而能省卻額外封裝製程的形成微流道的方法。
自然界中存在有相當多尺度極為微小的物質，為了對此等物質進行各種測試及研究，許多儀器設備皆需使用尺寸極小的部件；其尺度往往小至微米甚至奈米等級。過往要製作此等微小尺寸的裝置難度相當大，而隨著科技的進步以及細微工藝的發展，現今製作此等小至微米或奈米尺度的設備已為可能。
微流道(Microfluidic device)結構目前廣泛應用在生物醫學檢測、燃料電池、熱交換器、氣相層析感應以及噴墨印表機噴頭等設備中。簡而述之，微流道結構係用以供一流體流通於其內，藉以達到流體內微物質運輸或篩選的效果。或亦有混成多種流體於一流道內，用以觀察多種微物質反應，以達到快速運送檢測。近年來微流道結構被積極地使用於生醫領域中，例如血液中幹細胞或蛋白質的 篩選檢測，而獲致良好的結果。
由於微流道結構相當細微，因此流體於微流道內的 流動相當不易，在無任何外加驅動力的狀況下，僅能以擴散作用及毛細現象驅策流體流動。對於低擴散係數的微物質(例如蛋白質)而言，驅策其在微流道結構內流動並與其他種類的微物質混成，通常需要耗費相當多的時間。
為解決流體於微流道內流動不易的問題，各式增加 微流道內流體擴散速率的方式已被提出。其中一種方式，係使微流道內形成各種複雜圖案化結構，藉以增加流體的接觸面積，而能縮短擴散距離，增加流體擴散速率。運用前述使微流道結構形成複雜圖案化的方式，再利用一外加之驅動力，例如電壓、電場、壓力或微型幫浦等各方式加以輔助，即可使流體順利於微流道內流動。
上述微流道之各種複雜圖案化結構，固然能有效解決流體流動不易的問題，然而，原本微流道結構其尺度已極為微小，再加諸在其內設置更細微之結構，將使整個微流道結構的製程複雜化，導致製造成本的高昂及製造工時的耗費。
例如第1圖所繪示的一種習知製造微流道結構的流程。其係先在一基板110沉積感光物質120。接著利用黃光微影的手法令感光物質120形成所需之微流道結構圖案。接著沉積一金屬層130於感光物質120所形成的圖案中，再利用蝕刻手法去掉感光物質120。最後在基板110上形成圖案化之金屬層130。此種基板110上具有圖案化之 金屬層130的結構稱之為母模(Master Mold)。形成母模後，需將一受熱後會固化的膠狀物質140注入母模內，利用圖案化之金屬層130使膠狀物質形成最終所需微流道結構。最後再經切割及接合等步驟，方能形成所需之微流道裝置150。
上述揭示一種最基本形成微流道結構的方法，後續雖有各式方法的開發，仍不脫其所利用之概念。其製程不僅複雜，且其製程中所需之材料及相關設備亦相當昂貴，所需工時亦相當冗長，不符合經濟效益。
為解決上述問題，本發明提供一種形成微流道結構的方法。直接利用刀模切割一表面形成有膠合層的帶體(例如單面或雙面膠帶)，並直接在帶體上形成所需之微流道結構。再者，藉由膠合層的黏性，直接可將形成之微流道結構進行後續黏貼於一基材，以快速形成最終可使用之微流體通道裝置。
本發明之一態樣在提供一種形成微流道結構的方法，包含：提供一帶體，於帶體之至少一表面形成一膠合層；切割帶體而形成一第一微流道，第一微流道包含一容置空間；提供一第二微流道，第二微流道之一線寬小於第一微流道；設置第二微流道於容置空間；以及藉由帶體之膠合層黏合一基材。
在一實施例中，帶體及基材可具有可撓性。此外， 切穿帶體係使用一預先設置有圖案之刀模。另外，形成第二微流道可使用一黃光微影製程或一網版印刷製程。
本發明之另一態樣在提供一種形成微流道結構的方法，包含：提供一第一帶體，於第一帶體之至少一表面形成一膠合層；切割第一帶體而形成一第一微流道，第一微流道包含一第一深度；提供一第二帶體，於第二帶體之至少一表面形成一膠合層；切割第二帶體而形成一第二微流道，第二微流道包含一第二深度；藉由第一帶體及第二帶體之膠合層令第一帶體及第二帶體彼此黏合；以及堆疊第一微流道及第二微流道，令第一深度及第二深度彼此堆疊。上述之第一深度及第二深度各別可為30微米至400微米。
本發明之又一態樣在提供一種形成微流道結構的方法，包含：提供一雙面膠帶，其包含一膠合層以及位於膠合層外側之至少一保護膜層，其中膠合層具有至少一黏著面；以一預先設置有圖案之刀模切割雙面膠帶，令膠合層形成若干圖案化之微流道；移除至少一保護膜層，令膠合層之黏著面向外裸露；以及黏貼一基材於膠合層之黏著面。
本發明之再一態樣在提供一種形成微流道結構的方法，包含：提供一雙面膠帶，其包含一中間層、位於中間層上下側之各一膠合層以及位於各膠合層外側之各一保護膜層，其中膠合層具有至少一黏著面；以一預先設置有圖案之刀模切割雙面膠帶，令中間層形成若干圖案化之微 流道；移除至少一保護膜層，令膠合層之黏著面向外裸露；以及黏貼一基材於膠合層之黏著面。
本發明之一態樣在提供一種形成微流道結構的方法，包含：提供一帶體；以一預先設置有圖案之刀模切割帶體，於帶體之一部分形成一第一微流道及一對準區域，另一部分形成一對準圖案，其中對準區域形成一凹陷部；以及摺疊帶體，令帶體之二部分互相疊合，並令對準圖案嵌合於對準區域之凹陷部。
上述之形成微流道結構的方法，更包含：於對準圖案所在之部分形成一第二微流道，其中第二微流道之一線寬相異於第一微流道之一線寬。
本發明之一態樣在提供一種形成微流道結構的方法，包含：提供一帶體；以一預先設置有圖案之刀模切割帶體，令帶體以一折線分隔成二部分，並令帶體之一部分形成一第一微流道及一對準區域，另一部分形成一對準圖案，其中對準區域形成一凹陷部；以及以折線為中心摺疊帶體，令帶體之二部分互相疊合，並令對準圖案嵌合於對準區域之凹陷部。
上述之形成微流道結構的方法中，折線可形成若干凹陷部及若干連接部，連接部之長度為1釐米、厚度為帶體厚度之兩倍。另外，上述之形成微流道結構的方法更包含：於對準圖案所在之部分形成一第二微流道，其中第二微流道之一線寬相異於第一微流道之一線寬。
110‧‧‧基板
120‧‧‧感光物質
130‧‧‧金屬層
140‧‧‧膠狀物質
150‧‧‧微流道結構
200‧‧‧微流道結構
210‧‧‧刀模
211‧‧‧刀片
220‧‧‧帶體
221‧‧‧中間層
222、223‧‧‧膠合層
224、225‧‧‧保護膜層
240‧‧‧微流道
250‧‧‧基材
251‧‧‧反應電極
260‧‧‧基材
261‧‧‧開孔
300‧‧‧微流道結構
310‧‧‧第一微流道
530‧‧‧帶體
510‧‧‧微流道
520‧‧‧對準圖案
531‧‧‧開孔
700‧‧‧微流道結構
710‧‧‧帶體
711‧‧‧切穿部分
712‧‧‧僅切除保護膜層部分
713‧‧‧切除保護膜層及膠合層部分
800‧‧‧微流道結構
810‧‧‧基材
820‧‧‧第一帶體
821‧‧‧第一微流道
822‧‧‧第一深度
830‧‧‧第二帶體
831‧‧‧第二微流道
832‧‧‧第二深度
840‧‧‧第三帶體
841‧‧‧第三微流道
311‧‧‧容置空間
320‧‧‧第二微流道
400‧‧‧微流道結構
410‧‧‧第一微流道
411‧‧‧帶體
413‧‧‧容置空間
420‧‧‧第二微流道
422‧‧‧圖案
423‧‧‧對準圖案
412‧‧‧對準區域
842‧‧‧第三深度
850‧‧‧第四帶體
851‧‧‧第四微流道
852‧‧‧第四深度
860‧‧‧基材
870‧‧‧開孔
540‧‧‧折線
541‧‧‧凹陷部
542‧‧‧連接部
412a‧‧‧凹陷部
421‧‧‧基材
500‧‧‧微流道結構
第1圖繪示一種習知製造微流道結構的流程示意圖。
第2圖繪示依據本發明之形成微流道結構的方法之一實施例流程圖。
第3圖繪示依據第2圖之形成微流道結構的方法所使用之刀模結構示意圖。
第4圖繪示依據第2圖之形成微流道結構的方法所製作出的成品結構圖。
第5圖繪示依據第2圖之形成微流道結構的方法之另一實施例示意圖。
第6A圖至第6C圖繪示據本發明之微流道結構形成方法之一實施例示意圖。
第7A圖繪示依據本發明之微流道結構形成方法之另一實施例示意圖。
第7B圖繪示依據第7A圖中折線之另一實施例示意圖。
第8圖繪示依據本發明之微流道結構形成方法之再一實施例示意圖。
第9圖繪示依據本發明之形成微流道結構的方法之再一實施例流程圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。 然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第2圖及第3圖，第2圖繪示依據本發明之形成微流道結構200的方法之一實施例流程示意圖。第3圖繪示依據第2圖之形成微流道結構200的方法所使用之刀模210結構示意圖。刀模210係用以切割帶體220，其上設置有一具有圖案化結構之刀片211。此實施例中，帶體220係使用一雙面膠帶，其基本結構大致是在一中間層221之上下表面各形成一膠合層(222、223)，並在膠合層(222、223)之上下表面各覆蓋有一提供暫時保護的保護膜層(224、225)。首先，利用刀片211切割帶體220，其係切穿保護膜層(224、225)、膠合層(222、223)以及中間層221。由於刀片211預設有圖案化結構，因此帶體220被切穿部分即形成具有圖案之微流道240。膠合層(222、223)各具有至少一黏著面(未繪示)。最後，在移除保護膜層(224、225)後，令膠合層222或膠合層223之黏著面裸露出來，即可藉由膠合層222或膠合層223之黏著面將已形成微流道240之帶體220黏合至一基材250。實際使用時，由於膠合層(222、223)分別形成於中間層221之上下側，因此當膠合層222或膠合層223其中之一已黏合至一基材250時，帶體220另一側亦可藉由膠合層222或膠合層223中另一膠合層黏合至另一基材260。基材260上設置有若干開孔261。開 孔261與微流道240互相配合，以使一流體能由外界注入微流道240。
上述之帶體220亦可使用另一形式的雙面膠帶，亦即可去除中間層221，僅使用一膠合層222。此時以刀片211切穿膠合層222即可形成具有圖案之微流道240。
第4圖繪示依據第2圖之形成微流道結構200的方法所製作出的成品結構圖。在基材250上設置有反應電極251。藉由反應電極251可連接至外部裝置，以進行各式檢測及分析。以本方法製作出的微流道結構200，已被成功地運用於分析一人體血液中的蛋白質或幹細胞，並獲致良好的效果。
請參照第5圖，第5圖繪示本發明之形成微流道結構300的方法之另一實施例示意圖。在第2圖所形成的微流道結構200中，其微流道240係使用刀模210切割帶體220而形成。以現今製造工藝水準，刀模210之刀片211之寬度已可製作小至1mm以下，此已足以供應生物醫學領域所需。然而為能更擴展微流道結構200的應用範圍，使微流道240可達到更窄之線寬實為必要。此實施例中，即揭示了一種包含有小線寬的微流道結構300。微流道結構300包含了一具有較大線寬的第一微流道310以及一具有較小線寬的第二微流道320。
第一微流道310製作方法如同前述第2圖中微流道240的製作方法，此不再贅述。
第一微流道310製作完成後，其內形成有一容置空 間311。接著，以黃光微影或網版印刷等方法，形成一第二微流道320，並設置於容置空間311內。此時，再以一基材(未繪示)與第一微流道310黏合，即可形成微流道結構300。由於第二微流道320係使用黃光微影或網版印刷等方法製造而成，其線寬可至微米等級。因此解決了原本微流道結構200中，微流道240線寬解析度不足的問題。
請參照第6A圖至第6C圖，第6A圖至第6C圖繪示依據本發明之形成微流道結構400的形成方法之一實施例示意圖。前述第5圖中所揭示之微流道結構300中，由於第一微流道310具有較大之線寬，而第二微流道320具有較小之線寬。因此如何將此二具有不同線寬的微流道(310、320)正確地對準並結合，實為一重要問題。第6C圖中，微流道結構400包含有一較大線寬之第一微流道410以及一較小線寬之第二微流道420。第一微流道410製作方法如同前述第2圖中微流道240的製作方法，切割帶體411所形成。第二微流道420係以以黃光微影或網版印刷等方法，形成一圖案422於一基材421上。於第一微流道410所在之帶體411上，設置有一對準區域412，其具有一凹陷部412a；而圖案422於製作時，即同時於基材421上與對準區域412相對應之位置形成用以對準之對準圖案423。欲將第一微流道410與第二微流道420互相黏合時，將凸出於基材421之對準圖案423對準凹陷部412a，則可將圖案422準確地與置入第一微流道410之容置空間413，而形成微流道結構400。
第6A至6C圖中，提供了一種可簡易快速地形成微流道結構400的方法。在一例中，在無任何外界輔助工具(如顯微鏡)的狀況下，即可僅以手部藉由對準圖案423快速地對準黏合第一微流道410與第二微流道420。並且，對準誤差可達50微米以下。
請參照第7A圖及第7B圖，第7A圖繪示依據本發明之形成微流道結構500的方法之另一實施例示意圖。第7B圖繪示依據第7A圖中折線540之另一實施例示意圖。第7A圖中，以一刀模將同一帶體530切割為微流道510及對準圖案520兩部分。帶體530結構即如前述第2圖所揭示之帶體220結構，係使用一雙面膠帶。對準圖案520及微流道510係將帶體510之保護膜層(未繪示)及膠合層(未繪示)切除而形成，另有切穿帶體530而形成開孔531，以為流體之注入口。在形成微流道510及對準圖案520後，由於對準圖案520及微流道510於結構上可互相嵌合，因此僅需將兩者對準並摺疊黏合，即可形成一完整之微流道結構500。除了對準圖案520與微流道510結構形成互相嵌合外，另於切割帶體530的同時，亦切割出一折線540。藉由此折線540的定位，使對準圖案520與微流道510可精準地互相摺疊黏合，可減少摺疊誤差。
上述第7A圖中如同第6A至第6C圖中，藉由對準圖案520，可在不需任何外界輔助工具(如顯微鏡)的狀況下，即可快速地完成高精度的對準。例如，在5秒鐘之內，即可僅以手部快速地對準而形成微流道結構500之結構。 而藉由折線540的特殊設計，對準誤差更可達1微米以下，相較於上述第6A至第6C圖中僅使用對準圖案423的對準方式，本實施例中使用折線540輔助的對準方式更為快速、精度更高。
值得一提的是，折線540可設計成包含一凹陷部541及一連接部542。請參照第7B圖，連接部542設計為長度1釐米、寬度為帶體530的二倍厚度。藉此，於對準圖案520與微流道510互相摺疊黏合時，可利用此特殊設計之折線540，僅使用手部即可達到更為精準之對位。在一例中，可在帶體530以折線540分隔之二部分設計二具有不同線寬之微流道，並藉由折線540及對準圖案520使二微流道互相疊合形成具有不同線寬之微流道結構。
請參照第8圖，第8圖繪示依據本發明之形成微流道結構700的方法之再一實施例示意圖。第8圖中，係將帶體710切割為切穿部分711、僅切除保護膜層部分712以及切除保護膜層及膠合層部分713。藉此，不僅可簡易製作微流道結構700，更可以在結構中具有小線寬的狀況下準確地對準。
請參照第9圖，第9圖繪示依據本發明之形成微流道結構800的方法之再一實施例流程圖。微流道結構800係由一第一帶體820，一第二帶體830、一第三帶體840以及一第四帶體850依序往上堆疊而形成。第一帶體820、第二帶體830、第三帶體840以及第四帶體850係使用一雙面膠帶或單面膠帶。以刀模分別切割第一帶體820、第二帶體 830、第三帶體840以及第四帶體850後，可在第一帶體820、第二帶體830、第三帶體840以及第四帶體850上分別形成一第一微流道821、一第二微流道831、一第三微流道841以及一第四微流道851。而第一微流道821、第二微流道831、第三微流道841以及第四微流道851分別具有一第一深度822、一第二深度832、一第三深度842以及一第四深度852。第一深度822、第二深度832、第三深度842以及第四深度852可各別相同或相異；例如第一深度822、第二深度832、第三深度842以及第四深度852可各別自30微米至400微米之間調整，於堆疊後可形成具有各種不同深度的微流道。藉此，可使流體具有三維的流動自由度，可增加實際應用範圍。並且由於使用雙面膠帶或單面膠帶形成微流道結構800，因此製作時可分別在第一帶體820下方及第四帶體850上方直接黏合一基材810及另一基材860。基材860上並設置有一開孔870連通各微流道，供微流體注入之用。
綜合以上，本發明提供一可簡易形成微流道結構的方法。藉由切割一表面形成有膠合層的帶體(例如雙面膠帶)，直接在帶體上形成所需之微流道結構，並且藉由膠合層的黏性，直接可將形成之微流道結構進行後續黏貼封裝，以快速形成最終可使用之微流體通道裝置。本發明之形成微流道結構的方法具有材料準備簡易、製程快速以及成本低廉的優點，可解決現行微流道結構製作上的缺失。並且已被證實相當適合應用於生物醫學領域，對幹細胞或 蛋白質的萃取作出良好的貢獻。
800‧‧‧微流道結構
810‧‧‧基材
820‧‧‧第一帶體
821‧‧‧第一微流道
822‧‧‧第一深度
830‧‧‧第二帶體
831‧‧‧第二微流道
832‧‧‧第二深度
840‧‧‧第三帶體
841‧‧‧第三微流道
842‧‧‧第三深度
850‧‧‧第四帶體
851‧‧‧第四微流道
852‧‧‧第四深度
860‧‧‧基材
870‧‧‧開孔

Claims (14)

  1. 一種形成微流道結構的方法，包含：提供一帶體，該帶體包含一中間層以及位於該中間層一側之一膠合層；切割該帶體之該中間層而形成一第一微流道，該第一微流道包含一容置空間；提供一第二微流道，該第二微流道之一線寬小於該第一微流道；設置該第二微流道於該容置空間；以及藉由該帶體之該膠合層黏合一基材。
  2. 如請求項1之形成微流道結構的方法，其中該帶體及該基材具有可撓性。
  3. 如請求項1之形成微流道結構的方法，其中切穿該帶體係使用一預先設置有圖案之刀模。
  4. 如請求項1之形成微流道結構的方法，其中形成該第二微流道係使用一黃光微影製程或一網版印刷製程。
  5. 一種形成微流道結構的方法，包含：提供一第一帶體，該第一帶體包含一中間層以及位於該中間層一側之一膠合層；切割該第一帶體之該中間層而形成一第一微流道，該第 一微流道包含一第一深度；提供一第二帶體，該第二帶體包含一中間層以及位於該中間層一側之一膠合層；切割該第二帶體之該中間層而形成一第二微流道，該第二微流道包含一第二深度；藉由該第一帶體及該第二帶體之該膠合層令該第一帶體及該第二帶體彼此黏合；以及堆疊該第一微流道及該第二微流道，令該第一深度及該第二深度彼此堆疊。
  6. 如請求項5之形成微流道結構的方法，其中該第一深度相異於該第二深度。
  7. 如請求項5之形成微流道結構的方法，其中該第一深度及第二深度各別可為30微米至400微米。
  8. 一種形成微流道結構的方法，包含：提供一雙面膠帶，該雙面膠帶包含一膠合層以及位於該膠合層外側之至少一保護膜層，其中該膠合層具有至少一黏著面；以一預先設置有圖案之刀模切割該雙面膠帶，令該膠合層形成若干圖案化之微流道；移除至少一保護膜層，令該膠合層之該黏著面向外裸露；以及黏貼一基材於該膠合層之該黏著面。
  9. 一種形成微流道結構的方法，包含：提供一雙面膠帶，該雙面膠帶包含一中間層、位於該中間層上下側之各一膠合層以及位於各該膠合層外側之各一保護膜層，其中該膠合層具有至少一黏著面；以一預先設置有圖案之刀模切割該雙面膠帶，令該中間層形成若干圖案化之微流道；移除至少一該保護膜層，令該膠合層之該黏著面向外裸露；以及黏貼一基材於該膠合層之該黏著面。
  10. 一種形成微流道結構的方法，包含：提供一帶體；以一預先設置有圖案之刀模切割該帶體，令該帶體之一部分形成一第一微流道及一對準區域，另一部分形成一對準圖案，其中該對準區域形成一凹陷部；以及摺疊該帶體，令該帶體之該二部分互相疊合，並令該對準圖案嵌合於該對準區域之該凹陷部。
  11. 如請求項10之形成微流道結構的方法，更包含：於該對準圖案所在之部分形成一第二微流道，其中該第二微流道之一線寬相異於該第一微流道之一線寬。
  12. 一種形成微流道結構的方法，包含：提供一帶體；以一預先設置有圖案之刀模切割該帶體，令該帶體以一 折線分隔成二部分，並令該帶體之一部分形成一第一微流道及一對準區域，另一部分形成一對準圖案，其中該對準區域形成一凹陷部；以及以該折線為中心摺疊該帶體，令該帶體之該二部分互相疊合，並令該對準圖案嵌合於該對準區域之該凹陷部。
  13. 如請求項12之形成微流道結構的方法，其中該折線形成若干凹陷部及若干連接部，該連接部之長度為1釐米、寬度為該帶體厚度之二倍。
  14. 如請求項12之形成微流道結構的方法，更包含：於該對準圖案所在之部分形成一第二微流道，其中該第二微流道之一線寬相異於該第一微流道之一線寬。
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