专利名称：硅橡胶复合型微流控芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种PDMS(硅橡胶)复合型微流控芯片的制作方法，利用微复制技术将玻璃模板上的微通道图案(负性)复制到硅橡胶片上，作为微复制模板(正性)。该模板再用于复制PDMS芯片(负性)，然后与其它材料(如玻璃，PDMS)实现永久性粘合，得到复合芯片。属于加工制作技术领域。
背景技术：
微流控分析(Microfluidic analysis)又称为芯片实验室(Lab on a chip)，是20世纪90年代在分析化学领域迅速崛起的一种微分离分析方法。它是利用微加工技术，在石英、玻璃和高分子材料基体上刻蚀微通道和操作单元，将样品处理、进样、分离和检测等过程的全部操作集中于一个几平方厘米芯片上完成。这种以微管道网络为结构特征，以生命科学为主要应用对象，作为分析系统、生物医学器件、化学及生物化学工具正在发挥愈来愈多的作用，是当前微型全分析系统(μ-TAS)领域研究的重点。由于体积缩小，不仅使试剂、样品消耗量较常规的分析方法减少几千倍，还可使分析速度提高几十倍，因此具有十分诱人的商业前景。大多数微流控系统制作在玻璃和氧化硅基片上，采用在微电子工业上广泛应用的光刻蚀技术。然而光刻蚀过程复杂、耗时，需要昂贵的专用设备和洁净设施，且材料易碎，不能满足目前对微器件日益增多的需要。因此，应进一步探索价廉耐用的材料和快速简便的微制作技术以利于微流控系统的普及与发展。
软刻蚀技术(Soft lithography)是近年来新兴的微结构制作技术，它提供了一种方便、有效且低成本的微米、纳米尺寸微结构的制作方法，在传感器、生物技术及生化分析、MEMS(微加工)系统和光学系统等领域的应用中具有优势。在软刻蚀技术中，基于软材料PDMS的微制作技术是最受关注的热点之一，PDMS具有价廉、良好的力学和光学性质以及生物相容性等特点，将成为μ-TAS(微全分析)极具前景的制作材料之一。在已有文献报道中，PDMS基芯片模板的制作几乎都是由常规光刻法、硅感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术，电铸工艺制得具有凸形图案的板材，因此仍需要依赖于光刻和键合专用设备。而近来出现的以PMMA(聚丙烯酸甲酯)热压法、导线印模、打印机打印技术等模板制作方法得到的芯片，通道内表面粗糙、形状不规则、分离效率低。
发明内容
本发明的目的在于针对目前PDMS芯片制作中存在的问题，提供一种硅橡胶复合型微流控芯片的制作方法，不需要复杂的仪器及严格的实验条件，制得的芯片模板微通道保真度高，寿命长，能批量生产，利于推广。
为实现上述目的，本发明首先利用光刻蚀技术将掩模板上微通道图形转移到涂有光刻胶的玻璃基片上，并通过湿法刻蚀，获得有微通道凹图形的玻璃模板，再将硅橡胶与熟化剂按比例混合，利用微复制技术将玻璃模板上的微通道图形，通过两次复制，转移到硅橡胶片上，然后将硅橡胶片与玻璃片粘合，完成硅橡胶型微流控分析复合芯片的制作。
本发明的方法具体包括如下步骤1、玻璃模板的制备首先，利用光刻蚀技术将掩膜板上微通道图形转移到玻璃基片的光胶层上，用Cr刻蚀液除去玻璃基片图形上的Cr层，在室温下以玻璃刻蚀液湿法刻蚀玻璃通道，制得有微通道凹图形的玻璃模板。
2、硅橡胶模板的复制将硅橡胶与熟化剂按10∶1到15∶1比例混合，浇铸到有微通道凹图形的玻璃模板上，在60-100摄氏度下熟化1-3小时。然后，把硅橡胶片从玻璃模板上剥下来，获得具有凸图形的硅橡胶模板。
3、硅橡胶片的复制将硅橡胶与熟化剂按10∶1到15∶1比例混合，浇铸到具有凸图形的硅橡胶模板上，在60-100摄氏度下熟化1-3小时。然后，把硅橡胶片从具有凸图形的硅橡胶模板上剥下来，获得具有凹图形的硅橡胶片。
4、复合芯片的制作
将上述具有微通道凹图形的硅橡胶片清洗、干燥，经紫外光照1-4小时后，贴在玻璃片上，在60-130摄氏度下保温4-12小时，实现硅橡胶与玻璃片的永久性粘合，完成复合芯片的制作。
本发明充分利用硅橡胶的优良性能，利用硅橡胶为中介材料，通过两次复制，将以激光照排和湿法刻蚀得到的玻璃模板上的微通道凹图形，转移到硅橡胶片上，完成硅橡胶复合型微流控芯片的制作。本发明不需要复杂的仪器及严格的实验条件，就可以制得多样化的芯片模板，与利用硅感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术或电铸工艺等获得微复制模板相比，具有易加工、制备工艺简单、成本低、生产周期短、微通道保真度高、能批量生产等特点。而且，前两步制作的模板都有很好的稳定性，可以重复使用，大大提高了模板的使用寿命。更重要的是制得的芯片，分辨率高，应用前景广阔。
具体实施例方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1(1)玻璃模板的制备用Adobe Illustrator 8.0软件设计出十字或双T形状的通道图案，然后用高分辨激光照排机(SIGMA SETTER，5080dpi，Heidelberg)在照相底片上制得光刻掩膜，然后将覆盖着光掩膜的感光玻璃板(AZ1805，长沙韶光微电子总公司)在光刻机(Suss MJB3 UV400，德国Karl-Suss公司)上曝光50秒，在质量浓度0.5％的氢氧化钠中定影30秒，在Cr刻蚀液(Ce(NH4)2(NO3)6∶98％醋酸∶超纯水＝200g∶35mL∶1000mL)中除铬35秒，然后用0.3mol/L玻璃刻蚀液(HF∶NH4F＝1∶1)采用湿法刻蚀50分钟，最后取出用超纯水冲洗，就可获得有凹图形的玻璃模板。
(2)硅橡胶模板的制作将硅橡胶(PDMS)预聚体(罗地亚公司产，V-3040A)与熟化剂(V-3040B)按10∶1比例混合，真空脱气后，浇铸到玻璃模板上，在65摄氏度下熟化1.5小时后，将其从模板上揭下，即可制得有凸形硅橡胶模板。
(3)复合型硅橡胶芯片的制作依照上一步，在硅橡胶模板上进行再复制，得到有凹纹的硅橡胶片。将复制的硅橡胶片用丙酮，水清洗干净后，置于低压汞灯(6mW)下照射2小时。然后将其贴在干净的玻璃片(或载物片)上面，在100摄氏度下烘6小时，实现永久性粘合。
实施例2(1)玻璃模板的制备按实施例1中的方法制备玻璃模板(2)硅橡胶模板的制作将硅橡胶(PDMS)预聚体(罗地亚公司产，V-3040A)与熟化剂(V-3040B)按9∶1比例混合，真空脱气后，浇铸到玻璃模板上，在65摄氏度下熟化2小时后，将其从模板上揭下，即可制得有凸形硅橡胶模板。
(3)依照上一步，在硅橡胶模板上进行再复制，得到有凹纹的硅橡胶片。将复制的硅橡胶片用丙酮，水清洗干净后，置于低压汞灯(6mW)下照射4小时。然后将其贴在干净的玻璃片(或载物片)上面，在80摄氏度下烘8小时，实现永久性粘合。
实施例3(1)玻璃模板的制备按实施例1中的方法制备玻璃模板(2)硅橡胶模板的制作将硅橡胶(PDMS)预聚体(罗地亚公司产，V-3040A)与熟化剂(V-3040B)按9∶1比例混合，真空脱气后，浇铸到玻璃模板上，在65摄氏度下熟化3小时后，将其从模板上揭下，即可制得有凸形硅橡胶模板。
(3)依照上一步，在硅橡胶模板上进行再复制，得到有凹纹的硅橡胶片。将复制的硅橡胶片用丙酮，水清洗干净后，置于低压汞灯(6mW)下照射5小时。然后将其贴在干净的玻璃片(或载物片)上面，在60摄氏度下烘10小时，实现永久性粘合。
权利要求
1.一种硅橡胶复合型微流控芯片的制作方法，其特征在于包括如下步骤1)玻璃模板的制备首先，利用光刻蚀技术将掩膜板上微通道图形转移到玻璃基片的光胶层上，用Cr刻蚀液除去玻璃基片图形上的Cr层，在室温下以玻璃刻蚀液湿法刻蚀玻璃通道，制得有微通道凹图形的玻璃模板；2)硅橡胶模板的复制将硅橡胶与熟化剂按10∶1到15∶1比例混合，浇铸到有微通道凹图形的玻璃模板上，在60-100摄氏度下熟化1-3小时。然后，把硅橡胶片从玻璃模板上剥下来，获得具有凸图形的硅橡胶模板；3)硅橡胶片的复制将硅橡胶与熟化剂按10∶1到15∶1比例混合，浇铸到具有凸图形的硅橡胶模板上，在60-100摄氏度下熟化1-3小时。然后，把硅橡胶片从具有凸图形的硅橡胶模板上剥下来，获得具有凹图形的硅橡胶片；4)复合芯片的制作将上述具有微通道凹图形的硅橡胶片清洗、干燥，经紫外光照1-4小时后，贴在玻璃片上，在60-130摄氏度下保温4-12小时，实现硅橡胶与玻璃片的永久性粘合，完成复合芯片的制作。
全文摘要
本发明涉及一种硅橡胶复合型微流控芯片的制作方法，首先利用光刻蚀技术将掩模板上微通道图形转移到涂有光刻胶的玻璃基片上，并通过湿法刻蚀，获得有微通道凹图形的玻璃模板，再将硅橡胶与熟化剂按比例混合，利用微复制技术将玻璃模板上的微通道图形，通过两次复制，转移到硅橡胶片上，然后将硅橡胶片与玻璃片粘合，完成硅橡胶型微流控分析复合芯片的制作。本发明不需要复杂的仪器及严格的实验条件，就可以制得多样化的芯片模板，具有制备工艺简单、成本低、生产周期短、微通道保真度高、能批量生产等特点，制得的芯片，分辨率高，应用前景广阔。
文档编号G01N31/00GK1811426SQ20051011123
公开日2006年8月2日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者任吉存, 曲晓峰 申请人:上海交通大学