一种微流控芯片的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及微流控领域，特别涉及微流控芯片的结构。
【背景技术】
[0002]随着微流控芯片技术在生物、医学、化学等检测领域越来越广泛的应用，芯片的内部结构和功能也愈加复杂，因而其制造难度也在逐渐增加。例如，某些芯片要求在内部预封装某些冻干或风干的试剂;某些芯片要求在内部嵌入各类物质如石蜡、柔性膜等;而某些芯片内部具有光学检测腔体，要求检测腔体位置处达到光学镜面级别，等等。这些都对目前现有的芯片键合技术提出了新的挑战，使得现有芯片键合工艺难以满足要求，现简述如下:
[0003]热压键合法是最常用的一种键合方式，其原理是在接近材料玻璃化温度下，对两结合面施加一定的正向压力(通常为Mpa级别)，使得两面通过分子力结合在一起的方法。它的优势是实现简单，制作容易，无需复杂设备，缺点是键合强度不足(通常几十psi)，容易开裂，可靠性差。同时在接近玻璃化温度下键合，流道容易被挤变形。热压键合的键合强度随着键合温度和键合压力的增加而增大，然而随着这两参数的增加，流道的变形也在增大，影响了热压键合的使用。
[0004]超声键合法是另一种常用的键合方式，它在制作微流控芯片时，同时制作一些凸起的“筋”，有些人称之为微导能结构。在键合时，将上下微流控芯片基板对齐压合后，通过超声产生的局部高温熔融该微导能结构，进而使上下微流控芯片基板在熔融位置“焊接”起来。超声键合法的优势在于其键合强度高(亚MPa级别)，缺点是超声的穿透力不足，当键合厚度超过一定值时(例如，5mm)，超声能量将因材料的阻挡而锐减，导致键合不上。同时，键合部位的高温将产生热变形，使得附近的微流道变形。
[0005]胶粘键合法是一种采用液体胶或固体胶对微流控芯片进行键合的方式，其键合过程是在常温下，在微流控芯片各基板层之间充满胶后压合并等待胶凝固。此键合方法可获得较高的强度，但由于残留的胶容易流入微流控通道致使流道壁粗糙、流道直径变小甚至堵塞，使用的人不多，不适合批量生产。
[0006]溶剂键合法与液体胶粘法相似，不过其使用的是一种具有挥发性的辅助溶剂。该键合方法具有胶粘键合法的高键合强度优势，同时，由于键合溶剂的挥发性，键合完成之后流道不会堵塞。由于键合溶剂对芯片具有腐蚀性，芯片流道等在键合过程中被溶剂腐蚀而产生较大的粗糙度，并同时降低芯片的透明度和光学性能，在某些特殊场合(例如生物医学领域)甚至导致芯片不可用。
[0007]由此可见，上述四种键合方法各有优缺点，但都会对微流控芯片产生一定的损害，甚至会导致芯片不可用，影响了微流控芯片。如果能够实用新型一种结构与制造方法，该方法能够常温下操作，在实现高强键合的同时，还能不破坏微流控流道原有的形貌，对于微流控芯片的制作与发展将具有非常积极意义。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是为了克服前面所述的几种键合工艺制备微流控芯片的不足，采用在微流控芯片两键合表面制作出一种特殊的辅助键合微结构，该微结构形成一系列闭合的回路;在键合时，只有在这种特殊的辅助键合微结构内充满键合溶液;这样，在所有辅助键合微结构处，相邻两块微流控芯片基板都被牢固的键合在一起;而其他位置则不会与键合溶液接触，进而保持原始形貌；由于此键合方法可以采用粘接胶水和键合溶剂等作为键合溶液，因此可以实现高键合强度。
[0009]为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种微流控芯片的结构，包括:
[0010]第一键合元件，该元件具有第一和第二表面，其中至少所述表面之一包含微结构；[0011 ]第二键合元件，该元件具有有第一和第二表面，其中所述第二键合元件与所述第一键合元件键合的表面包含与第一键合元件相互连通的微流体路径；
[0012]键合溶液，用于将第一键合元件和第二键合元件键合；
[0013]以及辅助键合组合结构，其位于键合元件上非功能区域，所述辅助键合组合结构用于注入和存储键合溶液，使键合溶液形成闭合的回路；
[0014]其中，所述第一、第二键合元件，其材质选自聚苯乙烯材料、聚碳酸脂材料或丙烯酸类聚合物材料中的一种；
[0015]所述键合溶液选自丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈，以及环氧胶中的一种；
[0016]所述微结构为微流体路径、微通道、微储槽、微阀、微过滤器中的一种。
[0017]优选的是，所述辅助键合组合结构包括:
[0018]键合溶液注入孔，其为通孔，用于注入键合溶液；
[0019]辅助键合流道，其与键合溶液注入孔连通，用于键合溶液的流通和存储；
[0020]辅助键合毛细结构，其由辅助键合微毛细槽流道组成，用于促使键合溶液按目标流向流动；
[0021]以及排气孔，其为通孔，其与辅助键合流道连通，用于排出流道中的气体；
[0022]其中，所述辅助键合流道、辅助键合毛细结构位于第二键合元件上非功能区域，且其所在表面为第一、第二键合元件的结合面，所述键合溶液注入孔、排气孔位于第一键合元件或第二键合元件上非功能区域，且为通孔，并与辅助键合流道连通，键合时键合溶液从键合溶液注入孔进入，填充辅助键合流道和辅助键合毛细结构后到达排气孔。
[0023]优选的是，所述辅助键合微毛细槽流道为多组，所述辅助键合微毛细槽流道宽度值范围为10?500μηι，长度范围为Imm?5mm。
[0024]优选的是，所述辅助键合流道与所述微流体路径之间的距离为0.5?2mm，所述辅助键合流道的宽度值大于500μπι。
[0025]优选的是，其进一步包含N个键合元件，其所具有的键合结合面为N-1个，所述N个键合元件通过所述N-1个键合结合面上的辅助键合组合结构和所述键合溶液键合。
[0026]优选的是，所述辅助键合组合结构至少设有一组。
[0027]优选的是，所述微流体路径、辅助键合流道、辅助键合微毛细槽流道的深度值相同。
[0028]优选的是，所述辅助键合微毛细槽流道为多组，所述辅助键合微毛细槽流道宽度值范围为10?500μηι，长度范围为Imm?5mm。
[0029]优选的是，所述辅助键合微毛细槽流道数量为5?20个。
[0030]优选的是，所述辅助键合流道与所述微流体路径之间的距离为0.5?2mm，所述辅助键合流道的宽度值大于500μπι。
[0031 ]优选的是，其进一步包含N个键合元件，其所具有的键合结合面为N-1个，所述N个键合元件通过所述N-1个键合结合面上的辅助键合组合结构和所述键合溶液键合。
[0032]优选的是，在每对键合结合面的其中一面上制作辅助键合流道与辅助键合毛细结构，并且将键合溶液注入孔和排气孔由此键合结合面向一个方向贯通该方向上的所有键合元件，通过注入孔和排气孔对该键合结合面进行注入键合溶液的操作，完成键合。
[0033]优选的是，所述辅助键合组合结构至少设有一组。
[0034]优选的是，所述微流体路径、辅助键合流道、辅助键合微毛细微毛细槽流道的深度值相同。
[0035]本实用新型至少包括以下有益效果:
[0036](I)本实用新型采用在微流控芯片两键合表面制作出一种特殊的辅助键合微结构，该微结构形成一系列闭合的回路，在键合时，只有在这种特殊的辅助键合微结构内充满键合溶液;在所有辅助键合微结构处，相邻两块微流控芯片基板都被牢固的键合在一起;而其他位置则不会与键合溶液接触，进而保持原始形貌；由于此键合方法可以采用粘接胶水和键合溶剂等作为键合溶液，因此可以实现高键合强度；
[0037](2)本实用新型的采用的辅助键合微毛细结构，可以促使键合溶液按目标流向充满流道，可完全排除辅助键合流道的气体，使键合溶液全部充满辅助键合流道，可以实现整个基板的全面高强度键合；
[0038](3)本实用新型采用在微流控芯片两键合表面制作出一种特殊的辅助键合微结构，故本实用新型的键合溶剂可以选自胶粘剂或者强有机溶剂或弱有机溶剂的一种，在满足高键合强度、保持保证芯片的沟道具有原始光洁度和形貌的同时，还增大了键合溶液的可选择性，使得微流体芯片的生产过程具有经济和简易等特性；
[0039](4)本实用新型提供的方案，可以在室温下对键合元件进行键合，不仅能保证键合元件不会因高温而发生形变，还能降低成本，提高经济效益。
[0040]本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0041 ]图1为本实用新型的一个【具体实施方式】的简单的微流控芯片图；
[0042]图2为本实用新型的具备辅助键合结构的简单微流控芯片图；
[0043]图3为本实用新型所述的简单微流控芯片图的辅助键合毛细结构图；
[0044]图4为本实用新型所述的简单微流控芯片图的键合过程键合溶液流向示意图；
[0045]图5为本实用新型所述的简单微流控芯片图的辅助键合毛细结构图的另一种实施方式；
[0046]图6为本实用新型为增加键合强度而额外增加辅助键合结构的芯片示意图；
[0047]图7为本实用新型因流道复杂而具备多个辅助键合结构的芯片示意图；
[0048]图8为本实用新型的一个【具体实施方式】的一种十字门进样的微流控芯片示意图；
[0049]图9为本实用新型的一个【具体实施方式】的一种十字门进样的微流控芯片键合加压图；
[0050]图10为本实用新型的一个【具体实施方式】的十字门进样芯片键合过程中溶液流向示意图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0052]应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
[0053]本文所使用词语“微结构”通常是指具有多个壁的微流体基本元件上的结构特性，所述壁至少在一个方向上的尺寸约0.1微米至约1000微米范围内，这些特性可为但不限与微通道，微流体路径，微储槽，微阀或微过滤器。
[0054]图1为一简单的微流控芯片，其仅包含一个进口103、一个出口 107以及一段微流体路径——流道106。为了实现该芯片的键合，在键合元件10和