专利名称：一种同时含有方形、弧形通道pdms芯片的制备方法
技术领域：
本发明属于微流控芯片的制备方法领域，具体涉及一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法。
背景技术：
模塑法是目前制作高分子聚合物芯片的主要方法，主要是通过光刻胶得到模具并在模具上固化液态高聚物得到具有微结构芯片的方法。实验室常用的模具材料是SU-8负胶或正胶，高分子聚合物则以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主。其中SU-8是MEMS技术中一种常用的环氧基负性光刻胶，具有优良的力学、光学性能及抗化学腐蚀性，特别是，基于其未交联时具有的热塑性(物质在加热时能发生流动变形，冷却后可以保持一定形状的性质)和紫外光引发交联的特性，可以调节阳模的三维几何结构；PDMS能够高保真地复制阳模图案。然而，利用SU-8阳模反转出的PDMS芯片多以直角方形通道为主，不适用某些芯片应用体系。如在集成有泵阀结构的芯片中，液路层通道如果是直角方形的，在PDMS膜发生形变时，不能完全封闭通道，仍会有部分液流通过；对于连续合成微球颗粒和微纤维材料，直角方形通道也不很适用，原因在于微球颗粒和微纤维的曲面结构与直角方形通道的几何构型差异较大，容易导致合成材料在通道内停滞而将其堵塞。在大多数制备弧形通道的工作中，采用了正性光刻胶“Reflow”技术，但该工艺步骤复杂且成功率低。因此，具有灵活的通道三维结构的PDMS芯片能更好地满足各种芯片实验的需求；根据SU-8和PDMS的性质，制备同时含有方形、弧形通道PDMS芯片，可促进芯片的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，该方法利用SU-8及PDMS的热、光可塑性，制备方形、弧形通道同时存在的PDMS芯片。本发明提供了提供一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，该方法步骤如下(I)交联态SU-8阳模的制备通过标准光刻法制备含有微通道图案的SU-8阳模；(2)阴模PDMS的制备将交联态SU-8阳模与一定厚度(100微米到150微米)的液态PDMS夹合，PDMS固化后，开启后得到反转有阳模图案的阴模PDMS ；(3)未交联态的SU-8阳模的制备将阴模PDMS与150微米到300微米厚(优选150微米)的固态未交联SU-8光刻胶夹合，真空烘箱加热使光刻胶呈流动态充满PDMS通道，冷却后开启得到未交联态的SU-8阳模；(4) SU-8方形阳模的形成对步骤(3)得到的未交联态的SU-8阳模选择性曝光，使其局部交联得到方形突起部分；(5) SU-8弧形阳模的形成将部分未交联SU-8阳模加热一定时间，得到弧形的模板形状；经曝光交联反应、后烘、坚模得到定型的SU-8弧形阳模；(6)将步骤(4)和(5)共同得到的同时含有方形、弧形阳模的SU-8模板浇筑以PDMS、固化、脱模、封接，得到含有方形、弧形通道的PDMS芯片。本发明提供的同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，所述步骤(I)标准光刻法制备的交联态SU-8阳模所含微突起为直角方形。本发明提供的一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备，所述步骤(2)中阴模PDMS贴附在玻璃片上，以便后续继续反模。本发明提供的同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，所述步骤(3)中，150微米厚的固态未交联SU-8光刻胶需提前除去气泡，与贴附在玻璃片上的PDMS阴模夹紧至于真空烘箱内，待烘箱内部被抽至真空后，升温至100°C并维持5分钟，冷却后取出。本发明提供的同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，所述步骤(3 )中，力口热温度为80°C到100°C。本发明提供的同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，所述步骤(4)中，对该未交联SU-8阳模选择性曝光的部分，由于发生了交联反应而定型为方形突起部分，未曝光部位由于未交联，还存在热塑性和光敏性。本发明提供的同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，所述步骤(5 )中，力口热温度为40°C到60°C (优选50°C)，并且通过对加热时间(5分钟到30分钟)的调控，可以控制未交联部分弧度大小。本发明提供的同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，通过对具有热塑性和光敏性的SU-8阳模选择性曝光及后续加热，得到同时具有方形及弧形的突起部分，再反转为同时含有方形、弧形通道的PDMS芯片。本发明的创造性在于提供了一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，有望将这种方式运用于具有灵活的通道三维结构的PDMS芯片制备，更好地满足各种芯片实验的需求。本发明的优点在于1、过程简易快速；2、可以根据实验需要选择局部通道的三维形态；3、弧形通道的弧度可控。
图I本发明制备同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的过程示意剖面图；其中1-8分别代表步骤玻璃片夹合PDMS阴模成型，启开后得到PDMS阴模，与厚胶夹合，真空加热，启开后分区域曝光，50度加热，紫外全曝光定型，PDMS芯片成型；步骤I中，从上至下分别代表玻璃片、PDMS、SU-8层、玻璃片；图2利用本发明制备的集成有弧形结构微阀的PDMS芯片未通气状态剖面图，其中，I至3分别代表液路层、PDMS膜及气路层；图3利用本发明制备的集成有弧形结构微阀的PDMS芯片通气状态剖面图，其中，I至3分别代表液路层、PDMS膜及气路层；图4利用本发明制备的集成有弧形结构微阀的PDMS芯片中微阀全部关闭时的液体停留状态。
具体实施例方式下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例I :按照如图I所示的步骤，进一步说明该方法的实施步骤及实质性特点(I)通过标准光刻法制备交联态含有微通道图案的SU-8阳模，所含微突起为直角方形；(2)阴模PDMS的制备将交联态SU-8阳模与一定厚度的液态PDMS夹合，PDMS固化后，开启后得到反转有阳模图案的阴模PDMS，阴模PDMS贴附在玻璃片上并硅烷化处理，以利于后续脱模；(3)未交联态的SU-8阳模的制备150微米厚的固态未交联SU_8光刻胶提前除去气泡，将其与贴附在玻璃片上的PDMS阴模夹紧至于真空烘箱内，待烘箱内部被抽至真空后，升温至100°C并维持5分钟，真空烘箱加热使光刻胶呈流动态充满PDMS通道，冷却后开启得到未交联态的SU-8阳模；(4) SU-8方形阳模的形成对该未交联SU-8阳模选择性曝光，由于发生了交联反应而定型为方形突起部分，未曝光部位由于未交联，还存在热塑性和光敏性；(5) SU-8弧形阳模的形成将部分未交联SU-8阳模50°C加热一定时间，通过对加热时间的调控，可以控制未交联部分弧度大小，经曝光交联反应、后烘、坚模得到定型的SU-8阳模；(6)浇筑以PDMS、固化、脱模、封接得到含有方形、弧形通道的PDMS芯片。实施例2 按照如图I所示的步骤，制备了集成有微阀结构芯片中的液路层。(I)通过标准光刻法制备交联态含有微通道图案的SU-8阳模，所含微突起为直角方形；(2)阴模PDMS的制备将交联态SU-8阳模与一定厚度的液态PDMS夹合，PDMS固化后，开启后得到反转有阳模图案的阴模PDMS，阴模PDMS贴附在玻璃片上并硅烷化处理，以利于后续脱模；(3)未交联态的SU-8阳模的制备150微米厚的固态未交联SU_8光刻胶提前除去气泡，将其与贴附在玻璃片上的PDMS阴模夹紧至于真空烘箱内，待烘箱内部被抽至真空后，升温至100°C并维持5分钟，真空烘箱加热使光刻胶呈流动态充满PDMS通道，冷却后开启得到未交联态的SU-8阳模；(4) SU-8方形阳模的形成对该未交联SU-8阳模选择性曝光，由于发生了交联反应而定型为方形突起部分；而微阀对应位置用黑色掩膜遮蔽不进行曝光，由于其未交联，还存在热塑性和光敏性，可以形成弧形并固定；(5) SU-8弧形阳模的形成将SU-8阳模50°C加热20分钟，微阀对应位置的SU_8呈弧形，经曝光交联反应定型、后烘、坚模得到最终的SU-8液路层阳模；(6)浇筑以PDMS、固化、脱模、封接得到含有方形、弧形通道的液路层PDMS芯片。(7)将上述液路层芯片与PDMS膜和气路层芯片封合，如图2，考察微阀关闭效率。由于液路通道是弧形的，在PDMS膜发生形变时，可以完全封闭通道，不会有液流通过，使芯片内的液体暂时处于停流状态，如图3及图4所示。
权利要求
1.一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于具体方法步骤如下 (1)交联态SU-8阳模的制备通过标准光刻法制备含有微通道图案的SU-8阳模； (2)阴模PDMS的制备将交联态SU-8阳模与一定厚度的液态PDMS膜夹合，PDMS固化后，开启后得到反转有阳模图案的阴模PDMS ； (3)未交联态的SU-8阳模的制备将阴模PDMS与150微米到300微米厚的固态未交联SU-8光刻胶夹合，真空烘箱加热使光刻胶呈流动态充满PDMS通道，冷却后开启得到未交联态的SU-8阳模； (4)SU-8方形阳模的形成对步骤(3)得到的未交联态的SU-8阳模选择性曝光，使其局部交联得到方形突起部分； (5)SU-8弧形阳模的形成将部分未交联态的SU-8阳模加热一定时间，得到弧形的模板形状；经曝光交联反应、后烘、坚模得到定型的SU-8弧形阳模； (6)将步骤(4)和(5)共同得到的同时含有方形、弧形阳模的SU-8模板浇筑以PDMS、固化、脱模、封接，得到含有方形、弧形通道的TOMS芯片。
2.按照权利要求I所述同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于所述步骤(I)中标准光刻法制备的交联态SU-8阳模所含微突起为直角方形。
3.按照权利要求I所述同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中，液态PDMS膜的厚度为100微米到150微米。
4.按照权利要求I所述同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，固态未交联SU-8光刻胶的厚度为150微米。
5.按照权利要求I所述同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，加热温度为80°C到100°C。
6.按照权利要求I所述同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中，加热时间为5分钟到30分钟。
7.按照权利要求I所述同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中，加热温度为40°C到60°C。
全文摘要
一种同时含有方形、弧形通道PDMS芯片的制备方法，步骤包括通过标准光刻法制备的交联态SU-8阳模与液态PDMS夹合，PDMS固化后，得到反转有阳模图案的阴模PDMS；将阴模PDMS与固态未交联SU-8光刻胶夹合，真空烘箱加热使光刻胶呈流动态充满PDMS通道，得到未交联态的SU-8阳模；对该未交联SU-8阳模选择性曝光，使其局部交联得到方形突起部分；将该阳模加热一定时间，未交联突起部分呈弧形；经全曝光交联反应、后烘、坚模得到定型的SU-8方形、弧形阳模；浇筑以PDMS、固化、脱模得到含有方形、弧形通道的PDMS芯片。本发明制作的芯片应用于集成气动微阀的微流控芯片液路层制备；本发明制备的SU-8阳模不易从基片上脱落，PDMS芯片弧形通道弧度可控，为复杂芯片制备提供了一种简单稳定的制备方法。
文档编号B29C33/38GK102975318SQ20121043875
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者秦建华, 马静云, 姜雷, 张旭 申请人:中国科学院大连化学物理研究所