一种基于交流电热的高通量微混合芯片及其制备方法与应用_3

文档序号:9769459阅读:来源:国知局
再在硅烷处理后的PDMS通道模子上饶筑PDMS,抽真空20min~30min,最后置于温 度为80°C~100°C的烘烤箱中加热1.5h~2h,固化;
[0089]所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1;
[0090] (6)、PDMS通道处理:将固化后的PDMS从PDMS通道模子上揭下,并用刀片将其切割 成规则的形状,然后用打孔器打好第一圆形入口通孔6、第二圆形入口通孔7及出口通孔8, 得到PDMS盖片2;
[0091] 二、三维电极的加工:
[0092] (1)、清洗ΙΤ0玻璃:首先将ΙΤ0玻璃依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗5min~ 15min,再用等离子水冲洗,氮气吹干,然后将氮气吹干后的ΙΤ0玻璃置于温度为80°C~120 °C下加热15min~30min,得到预处理后的ITO玻璃;
[0093] 所述的ΙΤ0玻璃表面的ΙΤ0导电膜厚度为200nm;
[0094] (2)、光刻胶的平铺:将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的ΙΤ0玻 璃上,得到光刻胶平铺后的ΙΤ0玻璃;
[0095] 所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶,厚度为38μπι;
[0096] (3)、曝光:将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的ΙΤ0掩膜贴在光刻胶平铺后的 ΙΤ0玻璃上,在金卤导轨射灯下,将光刻胶平铺后的ΙΤ0玻璃曝光3s,得到曝光后的ΙΤ0玻璃;
[0097] (4)、显影:将曝光后的ΙΤ0玻璃表面的保护层去掉,然后置于质量百分数为5%碳 酸钠溶液中,显影2min~3min,得到显影后的ΙΤ0玻璃;
[0098] (5)、腐蚀:将显影后的ΙΤ0玻璃置于质量百分数为60%~80%的盐酸溶液与氯化 铁催化剂的混合液中,浸泡40min,得到腐蚀后的ΙΤ0玻璃;
[0099]所述的质量百分数为60%~80%的盐酸溶液的体积与氯化铁催化剂的质量比为 lmL:(10~50)mg;
[0100] (6)、去除光刻胶:将腐蚀后的ΙΤ0玻璃置于质量百分数为5 %的NaOH溶液中浸泡, 去除光刻胶,得到表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃;
[0101] (7)、清洗ΙΤ0电极引线:首先将表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃依次置于丙酮和异丙 醇中超声清洗5min~15min,再用等离子水冲洗,氮气吹干,然后置于温度为80°C~120°C下 加热15min~30min,得到预处理后的表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃;
[0102] (8)、光刻胶的平铺:首先将干膜光刻胶一侧的保护层揭掉并粘贴于预处理后的表 面含有ΙΤ0电极引线的玻璃上,然后置于塑封机中将干膜光刻胶和ΙΤ0玻璃压紧,得到粘有 一层干膜光刻胶的表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃,取另一张干膜光刻胶,将干膜光刻胶一侧 的保护层及粘于表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃上的干膜光刻胶的另一侧保护层揭掉,相对 贴合,然后置于塑封机中将干膜光刻胶和玻璃压紧,得到粘有两层干膜光刻胶的表面含有 ΙΤ0电极引线的玻璃;
[0103] 所述的干膜光刻胶为杜邦公司生产型号为SD238的干膜光刻胶,厚度为38μπι;
[0104] (9)、曝光:在显微镜下,将经AutoCAD软件辅助设计并打印好的三维电极掩膜贴在 粘有两层干膜光刻胶的表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃上,并置于金卤导轨射灯下,曝光6s~ 7s,去掉掩膜,得到曝光后的表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃;
[0105] (10)、显影:将曝光后的表面含有ΙΤ0电极引线的玻璃置于质量百分数为5%碳酸 钠溶液中,显影5min~6min,然后用等离子水冲洗,氮气吹干,并置于温度为80°C的烤箱中 烘烤1 〇m i η~20m i η,得到三维电极的通道模子;
[0106] (11)、涂抹Ag-PDMS混合物:将Ag、PDMS与固化剂混合,搅拌均匀,然后置于真空栗 中抽真空20min~30min,得到三维电极原料,将三维电极的通道模子置于等离子机的腔室 内,在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下,曝光32s,得到等离子后的 三维电极的通道模子,将三维电极原料均匀涂覆至等离子后的三维电极的通道模子里,压 实,并在温度为150°C的烘烤箱中,加热固化20min;
[0107] 所述的PDMS与固化剂的质量比为10:1;所述的PDMS与Ag的质量比为1: (4~6);
[0108] (12)、去除光刻胶:固化后,去除表面多余的三维电极原料,然后置于质量百分数 为5%的NaOH溶液中浸泡15min,浸泡后用去离子水清洗,然后在温度为100°C下加热10min, 得到玻璃基底1;
[0109] 三、芯片的制备:
[0110] 将玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2设有流道的一侧朝上,并列置于等离子 机的腔室内,在腔室压力为700毫托及等离子发生器功率为20W的条件下,曝光32s,然后再 在显微镜下,将玻璃基底1设有电极的一侧和PDMS盖片2设有流道的一侧相对放置,使得第 一组三维电极4-1的一端和第三组三维电极4-3的一端均与粒子反应流道5的一侧相贴合, 第二组三维电极4-2的一端和第四组三维电极4-4的一端均与粒子反应流道5的另一侧相贴 合,按压3min~lOmin,将按压后的芯片置于温度为80°C~100°C下加热30min~50min,得到 基于交流电热的高通量微混合芯片。
[0111] 本实施方式步骤一(2)中为了体现出三维电极的优势,对于较深通道也能很好混 合。该实验中采用的是通道深度为76μπι,正好是两层杜邦干膜光刻胶的厚度(单层厚度为38 μπι)。将杜邦干膜的一侧保护层接掉,在水流的缓慢冲洗下,贴在玻璃基底上,保证粘贴过程 中没有气泡,然后在塑封机(型号:EL-9DF,青岛皇冠电子有限公司)。
[0112] 本实施方式步骤一(3)中通道MASK(PDMS掩膜)放置在光刻胶上面,注意,让MASK带 有墨的那一侧紧贴光刻胶。拿掉掩膜后,在黄光灯下肉眼观察曝光效果,效果目测良好的 话,则进行下一步。
[0113] 本实施方式步骤一(4)中接掉干膜光刻胶上的一层保护膜,置于用等离子水新配 置的5%碳酸钠溶液中,显影5-6min,显影过程不断用刷子进行刷洗。
[0114] 本实施方式步骤一(5)中保证搅拌均匀的混合物中气泡完全消失,然后将通道干 膜硅烷化处理,使通道模子表面沉积一层硅烷,有助于PDMS与通道模子不粘连,容易将PDMS 通道从模子上脱离。最后,在浇筑硅烷处理后的通道模子上浇筑PDMS。再抽真空20min,保证 无气泡后。
[0115] 本实施方式步骤二(1)中由于此处的光刻胶只用来保护ΙΤ0层不被腐蚀,因而采用 的是通道深度为单层杜邦干膜光刻胶即可。
[0116] 本实施方式步骤二(5)中此过程中固化的干膜起保护作用,没有干膜覆盖的ΙΤ0层 将被腐蚀掉。
[0117]本实施方式步骤二(8)中为保证和PDMS通道完美结合,需要铺两层光刻胶。
[0118] 本实施方式步骤二(9)中此时需要将MASK和ΙΤ0上的对准标记在显微镜下进行对 准,保证三维电极可以和ΙΤ0电极很好的接触。
[0119] 本实施方式步骤三中加工好的三维电极和PDMS通道之后,再对其进行键合,键合 是十分关键的一步,键合的好坏直接影响到最后的芯片中通道的密封效果,进而影响到实 验结果的可靠性和准确性。键合前,注意保证先将PDMS通道打好孔(一旦键合后,将无法再 进行打孔)。在对准的过程中需要微调整时,不要用力按压,尽量轻拿轻放,以免键合住无法 移动)。
【具体实施方式】 [0120] 五:本实施方式与四不同点是:步骤二(12)中所述的 玻璃基底1表面设有第一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组 三维电极4-4及ΙΤ0电极引线3;
[0121]所述的ΙΤ0电极引线3由玻璃基底1表面的ΙΤ0导电膜腐蚀后留存得到;所述的第一 组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3、第四组三维电极4-4的厚度均为 76μπι;所述的ITO电极引线3的厚度为200nm;
[0122] 第一组三维电极4-1与第二组三维电极4-2的水平距离djl为125μπι;第二组三维电 极4-2与第三组三维电极4-3的水平距离pj为200μπι;第三组三维电极4-3与第四组三维电极 4-4的水平距离dj2为125μηι ;
[0123] 所述的第一组三维电极4-1由第一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2组成;第 一三维电极4-1-1和第二三维电极4-1-2之间的水平距离d3为200μπι ;所述的第一三维电极 4-1-1与粒子反应流道5贴合的一端宽dl为225μπι;所得第二三维电极4-1-2与粒子反应流道 5贴合的一端宽d2为200μπι ;
[0124] 所述的第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的结构与 第一组三维电极4-1相同。其它与【具体实施方式】四相同。
【具体实施方式】 [0125] 六:本实施方式与四或五之一不同点是:步骤一 (6)中 所述的TOMS盖片2的下表面设有粒子反应流道5,粒子反应流道5的入口端分别与第一流道 10的出口端及第二流道11的出口端相连接,粒子反应流道5的出口端与第三流道9的入口端 相连接;且第一流道10的入口端设有第一入口槽12,第二流道11的入口端设有第二入口槽 13,第三流道9的出口端设有贯穿PDMS盖片2的出口通孔8;
[0126] 所述的第一入口槽12的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第一圆形入口通孔6;所述 的第二入口槽13的中心位置设有贯穿PDMS盖片2的第二圆形入口通孔7;
[0127] 且PDMS盖片2下表面设有与玻璃基底1表面的第一组三维电极4-1、第二组三维电 极4-2、第三组三维电极4-3及第四组三维电极4-4相对应的槽;
[0128] 所述的PDMS盖片2的厚度为5mm~7mm;所述的粒子反应流道5深Η为76μπι,长L为 3500μπι,宽W为400μπι;第一流道10深为76μπι,长为1.5cm,入口端宽为3mm,出口端宽为200μπι; 第二流道11深为76μηι,长为1.5cm,入口端宽为3mm,出口端宽为200μηι ;第三流道9深为76μηι, 长为1.2cm,入口端宽为400μηι,出口端宽为3mm;第一入口槽12深为76μηι ;第二入口槽13深为 76μπι。其它与【具体实施方式】四或五相同。
【具体实施方式】 [0129] 七:本实施方式与四至六之一不同点是:步骤三中第 一组三维电极4-1、第二组三维电极4-2、第三组三维电极4-3和第四组三维电极4-4的另一 端均与ΙΤ0电极引线3相贴合。其它与四至六相同。
【具体实施方式】 [0130] 八:本实施方式所述的一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应 用,一种基于交流电热的高通量微混合芯片的应用,具体是按以下步骤进行的:
[0131] -、颗粒准备:
[0132] ①、缓冲液的配制:向去离子水中加入氯化钾,得到电导率为0.2mS/m的缓冲液I, 向电导率为0.2mS/m的缓冲液I中加入质量百分数为25 %的氨水,至pH值为9.2,得到电导率 为0.2S/m缓冲液II;
[0133] ②、将缓冲液II与荧光素粉混合,得到浓度为1.32Xl(T5m〇l/L的荧光素溶液;
[0134] ③、将
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