TWI671201B - 微流道晶片製造方法及其成品 - Google Patents

Abstract

本發明微流道晶片製造方法，其步驟包括：準備一預定厚度的聚甲基丙烯酸甲酯及一罩體，聚甲基丙烯酸甲酯的表面塗佈光阻劑，罩體設於該聚甲基丙烯酸甲酯的上方，並具有一預定形狀的鏤空部。提供預定光源由該罩體的上方照射，使預定光源照射在該聚甲基丙烯酸甲酯上，將聚甲基丙烯酸甲酯浸泡於顯影液中，光阻劑使受X光照射過區域溶解，使聚甲基丙烯酸甲酯的表面凹陷形成一與該鏤空部相同型狀之淺槽。將金屬電鍍在於淺槽內，使金屬成型為該淺槽形狀之金屬模型，並與該聚甲基丙烯酸甲酯分離。以具有淺槽的聚甲基丙烯酸甲酯或金屬模型提供用於熱印壓模或射出成型，藉此獲得一第一微流道晶片，其包括一第一微流道單元及一第二微流道單元，該第一微流道單元與該第二微流道單元的一端面上分別凹設有一第一微流道及一第二微流道，該第一微流道單元係與該第二微流道單元相對疊合，使該第一微流道與該第二微流道相互對應連通。

Description

微流道晶片製造方法及其成品

本發明係關於一種微流道晶片製造方法，微流道晶片係提供運用在血液檢驗中。

近年來，隨著半導體技術等相關產業的成熟，配合今日生化技術的蓬勃發展，因而結合微結構的製程技術與傳統生醫檢測技術而發展出的微陣列生醫晶片已成為醫學研究上重大的成果進展之一。由於生醫晶片具備了快速、方便、經濟、省時等特性，因此，相關領域的研發人員無不積極投入各類生醫晶片技術之研發。

然而，在眾多的生醫檢測技術中，不同的檢測標的需要不同的晶片設計；例如，對病毒的檢測、蛋白質的檢測、DNA的檢測、或是不同的官能基的反應等都應該具有不同的檢測步驟；然而，目前為止，多數的生醫晶片均只針對某一特定的功能而設計。因為不同用途的生醫晶片需要不同的晶片設計，而不同的晶片設計往往需要不同的製程方法來實現，也就是說，生醫晶片的製造上，應該針對不同的晶片設計而採用不同的製程技術，已使得所設計的晶片特徵能夠完善的製造出來。

由於微、奈米製程技術的成熟發展，生醫晶片上的微結構特徵大部分也都承襲這樣的製程技術來開發。在習知的生醫晶片製作技術中，多是以紫外光微影法(UV-LIGA)的製程來製作生醫晶片上的微細結構，並利用射出成型技術取代熱壓成型技術來量產生醫晶片。UV-LIGA的製程係使用365nm的近紫外光波長來達到光刻的效果，並利用微電鍍及電鑄的方法來製造微結構上的特徵，再去除犧牲層後即形成具有所需之微結構特徵的模仁；該模仁可利用高分子材料射出成型以進行生醫晶片的大量生產。這樣的製程能大幅降低生產及研發的成本，並可以輕易地完成槽寬100μm以下的微結構模仁。

另一種習知的技術是利用微機電系統(micro-electromechanical system, MEMS)的製程來製作生醫晶片上的微結構；該製程包含光罩的設計與繪製、光學顯影、以及化學蝕刻等技術；利用該製程可將具有立體結構之模仁複製到一高分子材料(例如聚二甲基矽氧烷(PDMS))，以製作出具有立體微流道結構之生醫晶片。由於此類高分子材料(如PDMS)具有容易成型，容易清潔、低成本等特性，不僅可簡化晶片接合過程的接合與清潔步驟，而且其僅需利用玻璃模仁便能進行大量複製。因此，利用微機電系統製程以及搭配PDMS高分子材料之使用能提供一簡單、快速且低成本的生醫晶片的製造方式。

然而，不管是應用UV-LIGA製程技術或是微機電系統的製程技術，即使其製程技術的精度都可以達到微、奈米等級，然而它們都需要應用昂貴的光罩以及精密的顯影機台，這對降低生醫晶片的量產成本而言是一大考驗。另一方面，由於利用微機電系統製程或是UV-LIGA製程所製造的微結構模仁都是由沉積(deposition)的方式來製成，因此這類結構都有剛性不佳的缺點，這對需要大量翻製的微結構模仁而言，是個嚴厲的考驗。

另一方面，對多數的生醫晶片而言，其微結構並不需要到微、奈米的等級，相反地，有相當多用於初級檢測的生醫晶片僅需要在數十微米到數厘米尺寸等級的微流道中進行生化反應，而利用UV-LIGA製程技術或是微機電系統的製程技術來製作此一尺寸的生醫晶片模仁不僅沒有好處，而且更會耗費更多的材料成本與製程時間，而且對模仁的剛性更是沒有幫助。而傳統射出成型用的金屬模仁都是採用傳統的機械洗削或是研磨的方式來加工，然一般而言，微米(μm)等級的模仁加工一直是傳統加工方式的瓶頸；除了尺寸限制以外，像是材料去除率高的模仁結構，更會造成加工上的困難度。

有鑑於此，如何將上述缺失加以摒除，即為本案發明人所欲解決之技術困難點之所在；是而，本案發明人基於多年從事相關業界的經驗，經多年苦心孤詣潛心研究，試作改良，終於成功研發完成本案，並使本發明得以誕生，以增進功效者。

有鑒於上述之缺點，本發明係一種微流道晶片製造方法，其包括有：準備一預定厚度的聚甲基丙烯酸甲酯及一罩體，聚甲基丙烯酸甲酯的表面塗佈光阻劑，罩體設於該聚甲基丙烯酸甲酯的上方，並具有一預定形狀的鏤空部。提供X光由該罩體的上方照射，使X光輻射照射在該聚甲基丙烯酸甲酯上，將聚甲基丙烯酸甲酯浸泡於顯影液中，光阻劑使受X光照射過區域溶解，使聚甲基丙烯酸甲酯的表面凹陷形成一與該鏤空部相同型狀之淺槽。將金屬電鍍在於淺槽內，使金屬成型為該淺槽形狀之金屬模型，並與該聚甲基丙烯酸甲酯分離。以具有淺槽的聚甲基丙烯酸甲酯或金屬模型提供用於熱印壓模或射出成型，藉此獲得一第一微流道晶片，其包括有一第一微流道單元及一第二微流道單元，該第一微流道單元與該第二微流道單元的一端面上分別凹設有一第一微流道及一第二微流道，該第一微流道單元係與該第二微流道單元相對疊合，使該第一微流道與該第二微流道相互對應連通。

為使　貴審查委員方便了解本發明之內容，及所能達成之功效，茲配合圖式列舉具體實施例，詳細說明如下：

請參照第一圖，本發明微流道晶片製造方法，其步驟包括：準備材料10、光阻顯影20、電鍍30及模造成型。

請參照第二圖，準備材料10：提供一預定厚度的聚甲基丙烯酸甲酯11(聚甲基丙烯酸甲酯即為PMMA)，聚甲基丙烯酸甲酯11上塗佈光阻劑12，提供一罩體13，該罩體13係設於該聚甲基丙烯酸甲酯11的上方，該罩體13分別具有一預定形狀的鏤空部131。

請參照第三圖及第四圖，光阻顯影20：提供一預定光源21，在本實施例中，預定光源21係為紫外線光或X光，由該罩體13的上方照射，使預定光源21照射在該聚甲基丙烯酸甲酯11上，再將該聚甲基丙烯酸甲酯11浸泡於顯影液(圖中未示)中，光阻劑12使受預定光源21照射過區域溶解，該聚甲基丙烯酸甲酯11的表面凹陷形成一與該鏤空部131相同型狀之淺槽111。

請參照第五圖及第六圖，電鍍30：將金屬31電鍍在於該淺槽111內，使金屬31成型為該淺槽111形狀之金屬模型32，並與該聚甲基丙烯酸甲酯11分離。

請參照第七圖及第八圖，模造成型40：以具有淺槽111的聚甲基丙烯酸甲酯11或金屬模型32提供用於熱印壓模或射出成型，藉此獲得一第一微流道晶片，其包括有至少一第一微流道單元41及一第二微流道單元42，該第一微流道單元41與該第二微流道單元42的一端面上分別凹設有一第一微流道411及一第二微流道421，其中第一微流道單元41與該第二微流道單元42為矽膠、橡膠或塑膠。

上述第一微流道411與該第二微流道421包括有複數第一檢驗站、第二檢驗站A及複數第一管道、第二管道B，各該第一檢驗站、第二檢驗站A係為圓形或多邊形，各該第一管道、第二管道B係設於各該第一檢驗站、第二檢驗站A之間，且各該第一管道、第二管道B更具有至少一連續彎折部C。

請參照第九圖，該第一微流道單元41係與該第二微流道單元42相對疊合，使該第一微流道411與該第二微流道421相互對應連通，第一微流道單元41的頂面設有一與第一微流道411連通的灌孔(圖中未示)，藉由灌孔滴入血液以進行檢驗。

上述具有淺槽111的聚甲基丙烯酸甲酯11，又稱為母模；金屬模型32又稱為子模，在業界中由於模具製作費用高昂，因此在進行模造成型40步驟時，能夠依照需求使用聚甲基丙烯酸甲酯11或金屬模型32來進行熱印壓模或射出成型，在業界中，普遍上會先使用金屬模型32進行模造成型40步驟，當金屬模型32因長期使用而磨損後，再以具有淺槽111的聚甲基丙烯酸甲酯11製作一金屬模型32，如此即能夠節省重新製作模具(母模)的成本。

請參照第十圖，本發明微流道晶片製程在完成第一微流道晶片後，進一步具有至少一個二次加工50的步驟，其係將金屬電鍍在該第一微流道單元41與該第二微流道單元42內，而獲得二個第二金屬模型(圖中未示)，再將各該第二金屬模型以熱印壓模或射出成型，而獲得一第二微流道晶片，該第二微流道晶片包括有一第三微流道單元51及一第四微流道單元52，在實務上主要以第二金屬模型當作機台內的生產模具，但並不局限於此。

請參照第十一圖，上述製程所製造出的第一微流道晶片與第二為流道晶片，能夠依照檢驗需求而進行堆疊，例如該第一微流道單元41與該第二微流道單元42之間更結合有至少一個第三微流道單元51，該第一微流道單元41係以一灌孔(圖中未示)與該第三微流道單元51連通，形成多層結構的微流道晶片。

又，其結構也能夠為該第一微流道單元41的頂面更設有至少一第四微流道單元52，該第四微流道單元52係以一灌孔與該第一微流道單元41連通，而第四微流道單元52的頂面以一蓋體60封閉，該蓋體60也設有一與第四微流道單元52連通的灌孔(圖中未示)，藉此進一步擴張提升層次結構。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

10‧‧‧準備材料

11‧‧‧聚甲基丙烯酸甲酯

111‧‧‧淺槽

12‧‧‧光阻劑

13‧‧‧罩體

131‧‧‧鏤空部

20‧‧‧光阻顯影

21‧‧‧預定光源

30‧‧‧電鍍

31‧‧‧金屬

32‧‧‧金屬模型

40‧‧‧模造成型

41‧‧‧第一微流道單元

411‧‧‧第一微流道

42‧‧‧第二微流道單元

421‧‧‧第二微流道

50‧‧‧二次加工

51‧‧‧第三微流道單元

52‧‧‧第四微流道單元

60‧‧‧蓋體

A‧‧‧第一檢驗站、第二檢驗站

B‧‧‧第一管道、第二管道

C‧‧‧連續彎折部

第一圖為本發明之步驟流程示意圖。 第二圖為本發明之準備材料步驟示意圖。 第三圖為本發明之光阻顯影步驟示意圖。 第四圖為延續第三圖之聚甲基丙烯酸甲酯溶解示意圖。 第五圖為本發明之電鍍步驟示意圖。 第六圖為本發明之金屬模型示意圖。 第七圖為本發明之第一微流道單元立體外觀圖。 第八圖為本發明之第二微流道單元立體外觀圖。 第九圖為本發明之第一及第二微流道單元組立圖。 第十圖為本發明之二次加工步驟方塊圖。 第十一圖為本發明之多個微流道單元堆疊結合示意圖。

Claims (10)

1. 一種微流道晶片製造方法，其包括有：準備材料：提供一預定厚度的聚甲基丙烯酸甲酯及一光阻劑，該光阻劑係塗佈於該聚甲基丙烯酸甲酯的頂面，並提供一罩體懸設於該聚甲基丙烯酸甲酯的上方，該罩體具有一預定形狀的鏤空部；光阻顯影：提供一預定光源由該罩體的上方照射，使該預定光源照射在該光阻劑上，將該塗佈有光阻劑的聚甲基丙烯酸甲酯浸泡於顯影液中，該光阻劑使受該預定光源照射過的區域於該顯影液中溶解，使該聚甲基丙烯酸甲酯的表面形成一與該罩體及其鏤空部相同型狀之淺槽；電鍍：將金屬電鍍在於該淺槽內，使金屬成型為該淺槽形狀之金屬模型，並與該聚甲基丙烯酸甲酯分離；以及模造成型：以具有該淺槽的聚甲基丙烯酸甲酯或該金屬模型提供用於熱印壓模或射出成型，藉此獲得一第一微流道晶片，其包括有至少一第一微流道單元及至少一第二微流道單元，該淺槽分別形成位於該第一微流道單元與該第二微流道單元的一端面上的一第一微流道及一第二微流道，該第一微流道單元係與該第二微流道單元相對疊合，使該第一微流道與該第二微流道相互對應連通。
2. 如請求項1所述之微流道晶片製造方法，進一步具有至少一個二次加工步驟，其係將金屬電鍍在該第一微流道單元與該第二微流道單元內，而獲得二個第二金屬模型，再將各該第二金屬模型以熱印壓模或射出成型，而獲得一第二微流道晶片，該第二微流道晶片包括有一第三微流道單元及一第四微流道單元。
3. 如請求項2所述之微流道晶片製造方法，進一步具有一堆疊成型步驟，該第一微流道晶片與該第二微流道晶片堆疊結合，並且相互連通。
4. 如請求項2所述之微流道晶片製造方法，其中該第一微流道晶片與該第二微流道晶片的材質為矽膠、橡膠或塑膠。
5. 如請求項1所述之微流道晶片製造方法，其中該預定光源係為紫外線光或X光。
6. 一種微流道晶片，其包括有：一第一微流道單元，其一端面凹設有一第一微流道，該第一微流道包括有複數第一檢驗站及複數第一管道；一第二微流道單元，其一端面凹設有一與該第一微流道對應的第二微流道，該第二微流道包括有複數第二檢驗站及複數第二管道，各該第二檢驗站與各該第二管道分別與各該第一檢驗站及各該第一管道互相對應，該第二微流道單元與該第一微流道單元結合，使該第一微流道與該第二微流道連通，其中該第一微流道單元與該第二微流道單元之間更結合有至少一第三微流道單元，該第一微流道單元係以一灌孔與該第三微流道單元連通。
7. 如請求項6所述之微流道晶片，其中該第一微流道單元的的另一端面上設有一輸入孔，該輸入孔與該第一微流道垂直連通，該第二微流道單元的另一端面上設有一輸出孔，該輸出孔與該第二微流道垂直連通。
8. 如請求項6所述之微流道晶片，其中該第一微流道具有一第一起始端及一第一終點端，該輸入孔係位於該第一起始端，該第二微流道具有一第二起始端及一第二終點端，該輸出孔係位於該第二終點端。
9. 如請求項6所述之微流道晶片，其中各該第一管道與各該第二管道更具有至少一連續彎折部。
10. 如請求項6所述之微流道晶片，其中該第一微流道單元的頂面更設有至少一第四微流道單元，該第四微流道單元係以一灌孔與該第一微流道單元連通。