一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片及制备方法

本发明涉及微流控芯片，具体涉及一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片以及该芯片的制备方法。

背景技术：

1、微流控芯片是用微细加工技术将微通道网格以及其他功能单元集中在很小面积上的芯片上，通过压力或电力等驱动力驱动可流液体在芯片内流动，实现样品的制备、反应、分离和检测等功能的技术平台。

2、微流控芯片的主要特征是其容纳流体的结构至少在一个维度上是微米级尺寸。相较于常规的实验方法，微流控芯片集成度高，不仅能减少试剂消耗，提高实验效率，还能增加实验过程的安全性。经过这些年的快速发展，微流控技术已经在许多领域取得广泛应用，特别是在化学、生物、医学等领域，微流控技术有着独特优势。

3、目前微流控芯片的加工方法主要是通过光刻或者热压等方法制作。由于加工方法的限制，光刻和热压等方法难以制作三维结构，因此目前所使用的微流控芯片大多以二维为主。而三维的微流道可以达到加快流体混合、提高通量等目的，因此三维微流道具有重要的应用价值。

4、而现有的可批量生产的多通道微流控芯片需要通过模具把微流道转印在塑料基底上，再进行键合封装和疏水化处理。但是由于塑料芯片在成型过程中经历熔融和冷却过程时易发生尺寸收缩和翘曲变形，尤其对于长宽比较大的芯片，翘曲变形尤为明显，影响批量生产的多通道微流控芯片的良品率。

技术实现思路

1、本发明提供的一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片及其方法，该装置和方法主要解决了现有批量生产的微流控芯片良品率较低的问题，采用分层构造的方式，利用激光在薄膜上微加工出每层微流道的结构，然后将每层薄膜按照顺序进行贴合，从而制作成三维微流控芯片。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片，包括入口薄膜层、上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层、底薄膜层，所述下流道薄膜层盖设在底薄膜层表面，连接薄膜层盖设在下流道薄膜层表面，上流道薄膜层盖设在连接薄膜层表面，入口薄膜层盖设在上流道薄膜层表面；

4、其中，在每一薄膜层上均设有流道结构，在每一薄膜层上均设有用于微流体流通的流道入口、流道出口。

5、进一步的方案是，薄膜层的厚度为50到150μm。

6、更进一步的方案是，入口薄膜层的流道入口与上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层的流道入口相互重叠，入口薄膜层的流道出口与上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层的流道出口相互重叠。

7、更进一步的方案是，连接薄膜层的流道口与上流道薄膜层、下流道薄膜层的流道口部分重叠。

8、更进一步的方案是，上流道薄膜层的流道结构包括第一主流道、至少两个第一分流道，微流体经第一主流道流向两个第一分流道，在每个第一分流道的出口处分为多个第一流体流通区域。

9、更进一步的方案是，下流道薄膜层的流道结构包括第二主流道、至少两个第二分流道，在每个第二分流道的入口处分为多个第二流体流通区域，微流体经多个第二主流道流向两个第二分流道，由两个第二分流道汇流到第二主流道，流出流道出口。

10、一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制备方法，应用于上述的一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片，包括：

11、建立微流控芯片模型；

12、将微流控芯片模型进行分层，分别是入口薄膜层、上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层、底薄膜层，并得到每个薄膜层的流道图形，按照从上到下的顺序依次将入口薄膜层、上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层、底薄膜层进行贴合后，使其每一部分的流道口叠加组合成完整的三维微流道形状；

13、按照分层完成后的流道图形，利用激光加工技术依次在各个薄膜层上进行加工，根据流道图形，沿着其轨迹将薄膜层击穿，去除流道内部被击穿的部分，从而得到每一薄膜层的流道结构；

14、将加工好后的每层薄膜层的粘合层封膜撕下，按照入口薄膜层、上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层、底薄膜层从上到下的顺序利用粘合层的粘性进行贴合，同时用定位销穿过在每层薄膜层上的定位孔进行定位，即可得到三维微流控芯片。

15、根据本发明所提供的一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制备方法，所使用的薄膜材料为单面或者双面具有粘合层的pet材料，底薄膜层的薄膜材料为单独一层pet材料；所使用的薄膜材料通过自身所具有的粘合层完成各层之间的键合而不依赖其他键合手段或者设备。

16、根据本发明所提供的一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制备方法，激光加工技术为采用飞秒激光器，沿着每层薄膜层的流道图形将薄膜击穿，去除被穿透的部分，得到具有微流道结构的薄膜。

17、根据本发明所提供的一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制备方法，薄膜层贴合为在利用定位销进行定位后，上一层层薄膜中的双面胶粘合层与下一层薄膜中的pet材料相互粘合，形成pet-双面胶-pet-双面胶-pet的粘合结构，不依赖其他键和手段或是设备。

18、由此可见，相比较现有技术中的二维多通道微流控芯片或者是三维单通道微流控芯片，本发明可以制作多层薄膜贴合的多通道三维微流控芯片，制作的三维微流控芯片可具有高度复杂的三维结构，其内表面粗糙度低，可视化程度高；本发明提供的制作方法同时具有实施难度低，步骤简单，成本低廉，加工过程灵活方便、无需芯片键合设备等优点，可以在生物医学检测等领域应用广泛。

19、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

技术特征：

1.一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的三维微流控芯片，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的三维微流控芯片，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的三维微流控芯片，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的三维微流控芯片，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的三维微流控芯片，其特征在于：

7.一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片的制备方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1至6任一项的一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片，其包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

技术总结
本发明提供一种多通道、多层薄膜贴合的三维微流控芯片及方法，该芯片包括入口薄膜层、上流道薄膜层、连接薄膜层、下流道薄膜层、底薄膜层，下流道薄膜层盖设在底薄膜层表面，连接薄膜层盖设在下流道薄膜层表面，上流道薄膜层盖设在连接薄膜层表面，入口薄膜层盖设在上流道薄膜层表面；在每一薄膜层上均设有流道结构，在每一薄膜层上均设有用于微流体流通的流道入口、流道出口。应用本发明主要解决了现有批量生产的微流控芯片良品率较低的问题，采用分层构造的方式，利用激光在薄膜上微加工出每层微流道的结构，然后将每层薄膜按照顺序进行贴合，从而制作成三维微流控芯片。

技术研发人员：贾原,彭星炜,张智星,张文伟,王萌,杨焕,田金鹏,宋秋明
受保护的技术使用者：深圳技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15