专利名称：聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微流控芯片的制作方法，具体地说是一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法。
背景技术：
微流控芯片以微通道网络为结构特征，通过样品预处理单元、功能化单元和检测系统的集成，具有较强大的分析能力，服务于现代分析科学、生物学、生命科学、临床医学和诊断学、环境科学等领域，是目前国内外研究的热门领域。高分子聚合物材料具有加工成型方便、价格便宜的特点，近年来开始用于微流控芯片的制作加工之中。聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane)，PDMS)具有聚合物材料的普遍特点，另外它还具有较高的光学透明度，无毒，较好的生物相容性，是制作微流控芯片中的最为常用的聚合物材料。目前以聚二甲基硅氧烷为材料制作微流控芯片，包括制作光刻掩模、光刻、化学腐蚀(或者干法腐蚀)、聚二甲基硅氧烷预聚物浇注、封接等步骤，其步骤既多又复杂，需要考虑和控制的因素较多，这特别集中在光刻掩模的制作和化学腐蚀两个步骤，使其整个制作工艺流程比较繁琐，制作周期长，且制得的玻璃阳模又易损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便、快速地制作聚二甲基硅氧烷微流控芯片的方法。
本发明的目的是这样实现的一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，它包括阳模制作，基片制作以及打孔、封接制得，其特征在于首先在金属薄板上用激光刻蚀制作成为含有通道布局信息的金属模板，然后进行阳模制作；所述阳模制作是采用高分子聚合物胶液浇注经激光刻蚀后含有通道布局信息的金属模板制得与之互补的聚合物阳模，最后进行基片制作以及打孔、封接后得聚二甲基硅氧烷微流控芯片。
上述金属薄板为不锈钢薄板；上述聚合物阳模制作采用的高分子聚合物胶液为聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液；上述基片制作采用的聚二甲基硅氧烷预聚合物是由107硅橡胶以及配售的交联剂和催化剂组成，其中107硅橡胶∶交联剂∶催化剂＝100∶0.45～1∶0.45～1，以重量百分比计。
上述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液是由聚甲基丙烯酸甲酯粉末完全溶解于氯仿后得到的匀质胶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量为1克，氯仿用量为5～20毫升。
具体地说，本发明所述的激光刻蚀采用光源为掺钕钇铝石榴石激光器(以下简称Nd3+:YAG固体激光器)刻蚀制作含有通道布局信息的不锈钢模板，反复清洗，干燥；然后以聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液浇注经激光刻蚀后的不锈钢模板制得聚合物阳模，并将其固定在围堰中；最后再以聚二甲基硅氧烷预聚合物浇注上述围堰中的聚合物阳模，室温静置6～12小时后，即制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片基片，再通过打孔、封接制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片。
上述聚合物阳模的制作采用聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液浇注在经激光刻蚀后的不锈钢模板表面，密封1～2小时后敞开，待氯仿挥发完全后，揭下即得到聚甲基丙烯酸甲酯阳模。
当然，对于聚合物阳模的制作，也可以使用其它一些和金属没有作用的粘胶剂类材料，其使用、制作步骤与制作聚甲基丙烯酸甲酯阳模时类似，即直接将粘胶剂均匀涂于金属模板(阴模)表面，合适条件固化后揭下得到聚合物阳模。
总之，本发明与现有技术比较，由于无需光敏胶光刻和化学腐蚀工艺，使其制作过程大大简化，具有步骤简单、制作成本低、快速的特点。本发明中涉及到的材料均价格低廉，且容易获得，固体激光器也比较便宜和普及。本发明中使用Nd3+:YAG固体激光刻蚀金属薄板，这是一种红外激光器，刻蚀过程主要是光热机制起作用，激光同金属材料接触后，金属材料迅速地熔化，并最终气化而逐渐形成微通道。刻蚀过程的激光参数主要包括激光发射功率、激光扫描速度和刻蚀的重复次数，改变这些参数直接影响金属模板上微通道的宽度、深度和表面粗糙度。固体激光器刻蚀制作含有通道布局信息的不锈钢模板的过程由计算机控制，制得的不锈钢模板质量稳定、可靠性强。得到不锈钢模板后，本发明以聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液浇注不锈钢模板，氯仿逐渐挥发，聚甲基丙烯酸甲酯完成相转移过程，而得到与不锈钢模板互补的聚甲基丙烯酸甲酯凸起图形布局即聚合物阳模。聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液通过重力作用进入不锈钢模板的微槽，胶液的黏度对该过程有较明显影响。本发明通过调整聚甲基丙烯酸甲酯粉末和氯仿的相对含量控制胶液的黏度。本发明采用聚丙烯酸甲酯的氯仿胶液浇注不锈钢模板来制作聚合物阳模，其制作步骤、工艺条件都十分简单，而且可以方便地反复浇注不锈钢模板而制作多个聚合物阳模。
本发明以激光刻蚀制作不锈钢模板和采用高分子聚合物胶液浇注不锈钢模板制作聚合物阳模代替现有技术中的光敏胶光刻和化学腐蚀工艺，具有快速的特点，可在3小时内制得芯片的阳模，一个工作日内制得聚二甲基硅氧烷微芯片。而且整个制作过程中，工艺条件简单，容易控制，特别适合在普通实验室应用。
图1本发明实施例的工艺流程示意图；在图中1为不锈钢模板、2为聚合物阳模、3为聚二甲基硅氧烷微流控芯片的基片、4为聚二甲基硅氧烷微流控芯片；图中A步骤为激光刻蚀制作、B步骤为高分子聚合物胶液浇注、C步骤为聚二甲基硅氧烷预聚合物浇注、D步骤为打孔、封接。
具体实施例方式
实施例1如图1所示，一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其步骤如下A、采用的光源为Nd3+:YAG固体激光器。将激光的投射透镜固定在由两台步进电机组成的X-Y平台上，在计算机控制下进行二维面上的精确扫描。由AutoCAD软件在计算机上预先设计通道布局，选取激光器的驱动电流21A，调Q频率25kHz，步进电机移动速度4cm/s，然后直接输出，在不锈钢薄板上加工得到含有通道布局信息的不锈钢模板1。以无水乙醇反复清洗，干燥后备用。
B、将1克聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶于10毫升氯仿中，搅拌，使粉末完全溶解于氯仿，得到匀质的胶液。将该胶液浇注在上一步准备好的不锈钢模板1表面，密封1小时后敞开(注意氯仿易挥发，有毒，应注意通风)，待氯仿挥发1小时后取出。把聚甲基丙烯酸甲酯薄层从不锈钢模板表面揭下，得到与通道互补的聚甲基丙烯酸甲酯阳模2。将此阳模2固定在围堰中备用。
C、将107硅橡胶以及配售的交联剂和催化剂按100∶1∶0.65的重量配比混合均匀，浇注到上述围堰中，湿布覆盖，然后以密封膜包裹，室温静置6小时后，得到聚二甲基硅氧烷薄片，将其从围堰中揭出，即为聚二甲基硅氧烷微流控芯片的基片3。
D、在上述基片微通道末端位置打孔，同另一片聚二甲基硅氧烷薄片封接，烘箱60℃保温1小时，即得到聚二甲基硅氧烷微流控芯片4。
实施例2一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其中B步骤中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量为1克，氯仿用量为5毫升，搅拌后得到匀质的胶液，将该胶液浇注在上一步准备好的不锈钢模板1表面，密封1.5小时后敞开；C步骤中107硅橡胶及配售的交联剂和催化剂按100∶0.45∶1的重量配比混合均匀，浇注到所述围堰中，湿布覆盖，然后以密封膜包裹，室温静置8小时；其余均同实施例1。
实施例3一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的快速制作方法，其中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量为1克，氯仿用量为20毫升；107硅橡胶及配售的交联剂和催化剂按100∶0.6∶0.45的重量配比；其余均同实施例1。
权利要求
1.一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，它包括阳模制作，基片制作以及打孔、封接制得，其特征在于首先在金属薄板上用激光刻蚀制作成为含有通道布局信息的金属模板(1)，然后进行阳模制作；所述阳模制作是采用高分子聚合物胶液浇注经激光刻蚀后含有通道布局信息的金属模板(1)制得与之互补的聚合物阳模(2)，最后进行基片制作以及打孔、封接后得聚二甲基硅氧烷微流控芯片。
2.如权利要求1所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述金属薄板为不锈钢薄板；所述聚合物阳模(2)制作采用的高分子聚合物胶液为聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液；所述基片制作采用的聚二甲基硅氧烷预聚合物是由107硅橡胶以及配售的交联剂和催化剂组成，其中107硅橡胶∶交联剂∶催化剂＝100∶0.45～1∶0.45～1，以重量百分比计。
3.如权利要求2所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液是由聚甲基丙烯酸甲酯粉末完全溶解于氯仿后得到的匀质胶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯粉末用量为1克，氯仿的用量为5～20毫升。
4.如权利要求1、2或3所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述激光刻蚀采用光源为掺钕钇铝石榴固体激光器，刻蚀制作含有通道布局信息的不锈钢模板(1)，反复清洗，干燥；然后以聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液浇注所述的不锈钢模板(1)制得聚合物阳模(2)，并将其固定在围堰中；最后再以聚二甲基硅氧烷预聚合物浇注所述围堰中的聚合物阳模(2)，室温静置6～12小时后，即制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片基片(3)，再打孔、封接制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片(4)。
5.如权利要求4所述的聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于所述聚合物阳模(2)的制作采用聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿胶液浇注到经激光刻蚀的不锈钢模板(1)表面，密封1～2小时后敞开，待氯仿挥发完全后即制得聚甲基丙烯酸甲酯阳模(2)，将其固定在围堰中备用。
全文摘要
本发明提供了一种聚二甲基硅氧烷微流控芯片的制作方法，其特征在于采用激光刻蚀制作含有通道布局信息的金属模板(1)；然后用高分子聚合物胶液浇注经激光刻蚀后的金属模板(1)，制得聚合物阳模(2)；最后以聚二甲基硅氧烷预聚合物浇注上述聚合物阳模(2)，得到聚二甲基硅氧烷微流控芯片基片(3)，通过打孔、封接制得聚二甲基硅氧烷微流控芯片(4)。本发明与现有技术比较，由于无需光敏胶光刻和化学腐蚀工艺，使其制作过程大大简化，具有步骤简单、制作成本低、工艺条件容易控制、快速的特点，特别适合在普通实验室应用。
文档编号H01L21/00GK1869707SQ200610054308
公开日2006年11月29日 申请日期2006年5月17日 优先权日2006年5月17日
发明者夏之宁, 冯波, 肖尚友, 程正学 申请人:重庆大学