一种夹片式微流控器件及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种夹片式微流控器件及其制造工艺，属于集成微芯片实验室领域，特别涉及一种低成本的微流控器件及其快速、批量制造工艺。
【背景技术】
[0002]微流控芯片实验室是指把生化领域中涉及的样品制备、反应、检测等宏观分析操作集成到一块芯片上，通过对微观的样品对象进行操控和分析，来实现常规生化实验室中各种功能的一种技术。目前，微流控技术在生物、化学、医学等领域已经得到了广泛的应用。
[0003]微流控芯片实验室的核心在于芯片的制作，根据芯片材质的不同，一般需要采用不同的加工工艺。如对于硅、玻璃和石英芯片的制作，主要采用光刻和蚀刻方法。对于高分子聚合物芯片的制作，则主要采用软光刻法、热压法、注塑法等。另外，微机加工、3D打印、激光烧蚀等方法也常用于各类聚合物芯片的制作。其中，光刻法的工艺流程较为复杂，芯片制作过程可靠度不高；蚀刻法制作的芯片尺寸精度较差，且加工效比较低；软光刻法在目前的应用最为广泛，它可以制造复杂的三维结构，制得的微流道尺寸可以达到亚微米级。但由于软光刻法采用聚二甲基硅氧烷来制作芯片，二甲基硅氧烷的弹性使得微流道在受力状态下易产生变形，从而制约了二甲基硅氧烷芯片的实际应用；热压法、注塑法常用于制作热塑性聚合物芯片的制作，效率较高，可以实现工业化批量的芯片制造。但是，这两种方法均需要制作高精密的微流道模具，当芯片结构需要优化时，模具得重新制作。因此，制造成本较高，且耗费工时较长；微机加工和3D打印方法的优势在于可以根据客户的需求进行芯片结构定制，加工周期较快。但是，前者所加工的流道的毛刺较多，粗糙度较差，而后者的加工精度较差，且两种方法的加工通量均较低；目前报道的激光烧蚀法加工芯片灵活性较高，精度也较好，但由于激光直接在工件表面刻盲槽加工，所加工的微流道的深度不易控制。因此，微流控芯片最终成品的尺寸公差难以保证。除了芯片的微流道加工工艺外，芯片的键合工艺也对芯片的制造产生较大影响。目前常用的芯片键合工艺主要有粘接键合、热压键合、溶剂辅助键合、焊接键合、表面处理与修饰键合等。这些键合工艺各有优劣，具体应用需根据芯片材质、结构、精度需求来进行选择。
[0004]就目前而言，现有的微流控芯片及其制作工艺仍局限于实验室科研用途，尚未有大规模用于商业应用的报道。究其原因，主要在于现有的微制造工艺限制了微流控芯片的结构设计，使得芯片的结构尺寸和制作稳定性得不到保障，从而导致芯片很难稳定、可靠的批量生产制造。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种夹片式微流控器件及制造方法。该微流控器件结构和制造工艺简单、成本低廉、成品率高，不仅适用于实验室科研用单件试制，亦可应用于商业用批量生产制造。
[0006]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]一种夹片式微流控器件，包括由上到下依次设置的盖板(I)、一个以上的微流控芯片总成⑶以及底板⑷；
[0008]所述盖板⑴上设置有样品入口(12);
[0009]所述微流控芯片总成(3)包括上到下依次设置的第一塑封膜(311)、微流控芯片
(32)以及第二塑封膜(312);所述微流控芯片(32)上设置有微流道(321)和定位孔(322);所述微流道(321) —端设置有进液孔(3211)，另一端设置有出液孔(3212);所述第一塑封膜(311)上设置有上导向孔(3111)和上通孔(3112);所述第二塑封膜(312)上设置有下导向孔(3121)和下通孔(3122)；
[0010]所述底板(4)上设置有导向柱(41)和样品出口(43);
[0011]所述微流控芯片总成(3)通过上导向孔(3111)、定位孔(322)以及下导向孔(3121)由上到下依次通过导向柱(41)对齐装配在底板(4)上，且微流控芯片总成(3)位于盖板⑴和底板⑷之间；所述盖板⑴的样品入口(12)通过上通孔(3112)与进液孔(3211)相连通；而样品出口(43)通过下通孔(3122)与出液孔(3212)相连通。
[0012]优选的:所述盖板(I)上设置有盖板密封垫槽(11)，所述底板(4)上设置有底板密封垫槽(42);所述盖板密封垫槽(11)和底板密封垫槽(42)中均设置有密封垫(2)。
[0013]优选的:所述盖板⑴和底板(4)的材质为塑料；所述微流控芯片(32)为聚合物或纸张，其对应的厚度为十几到几百微米。
[0014]优选的:所述微流道(321)为通槽，定位孔(322)为通孔。
[0015]优选的:微流道(321)为带有双入口和双出口的螺旋形流道，流道宽度为200-1000微米，相邻流道间隔为0.5-5毫米。
[0016]优选的:微流控芯片总成(3)之间采用注胶或薄密封垫来进行密封。
[0017]一种夹片式微流控器件制造方法，包括以下步骤:
[0018](I)绘制预加工的微流道和定位孔图案(101)，并将微流道和定位孔图案(101)输入至激光机控制系统中；
[0019](2)通过激光机控制系统利用激光直写方法在聚合物或纸张上对步骤I中绘制的微流道和定位孔图案(101)进行刻通槽加工，得到微流控芯片半成品(102);
[0020](3)使用第一塑封膜(311)和第二塑封膜(312)对微流控芯片半成品(102)进行上下塑封，使塑封膜上的胶层(103)与微流控芯片半成品(102)紧密粘合；
[0021](4)对步骤(3)塑封后的微流控芯片半成品(102)进行裁剪，得到微流控芯片总成半成品(104)；
[0022](5)在微流控芯片总成半成品(104)上冲裁加工出上导向孔(3111)、上通孔(3112)、下导向孔(3121)以及下通孔(3122)，使得上通孔(3112)与进液孔(3211)相通，下通孔(3122)与出液孔(3212)相通，而后得到微流控芯片总成(3);
[0023](6)利用注塑方法加工出盖板⑴和底板(4)，并在盖板密封垫槽(11)和底板密封垫槽(42)中装配密封垫(2);
[0024](7)将微流控芯片总成(3)通过导向柱(41)装配到底板⑷上，各个微流控芯片总成(3)的上通孔(3112)和下通孔(3122)之间采用注胶或薄密封垫来进行密封；
[0025](8)将盖板⑴、密封垫⑵、微流控芯片总成(3)和底板⑷上下压紧；
[0026](9)对盖板⑴和底板(4)的周向接缝处(105)加热，使它们通过热压粘合在一起，冷却后得到夹片式微流控器件。
[0027]优选的:所述激光机控制系统为紫外或者飞秒激光控制系统。
[0028]优选的:所述激光机控制系统的激光平均能量为8-30W，激光直写的速度范围为
200-1000mm/so
[0029]优选的:所述塑封温度为90-160°C，滚轮转速为0.5-2.5m/min。
[0030]有益效果:本发明提供的一种夹片式微流控器件及制造方法，相比现有技术，具有以下有益效果:
[0031]1.本发明提出的夹片式微流控器件中微流控芯片的原材料采用市场上常用的聚合物或纸张片材，该材料在市场上有多种厚度规格，厚度从十几到几百微米，原材料采购便捷，且成本低廉。
[0032]2.采用激光直写加工，可以在厚度为几百微米以内的片材上直接加工出微流道的通槽结构。加工出的微流道不仅垂直度较好，而且具有较高的精度。此外，由于加工的微流道为通槽，激光只需加工微流道结构的外部边缘，无需加工整个微流道平面，因而大大缩短了加工时间。
[0033]3.利用塑封机来实现微流控芯片和塑封膜的粘合，即可得到封闭的微流道图案，微流道的高度即为聚合物片材的厚度，便于后期芯片结构的尺寸检测。
[0034]4.将微流控芯片总成热压夹紧在盖板和底板之间，防止塑封膜由于流道内流体压力过高使得薄膜变形而导致芯片泄漏。这种芯片的夹紧工艺使得微流控芯片总成的键合强度进一步增大，从而提高微流控器件后期的应用稳定性。
[0035]综上所述，相比现有的微流控器件，本发明提出的夹片式微流控器件在原材料采购、零部件制造、检验、装配等各个环节质量都可控，制得的微流控器件精度好、成品率高，可以满足商业用批量生产制造，具有很好的应用前景。
【附图说明】
[0036]图1是夹片式微流控器件的结构示意图；
[0037]图2是盖板的结构示意图；
[0038]图3是微流控芯片总成的结构示意图；
[0039]图4是微流控芯片的结构示意图；
[0040]图5是底板的结构不意图；
[0041]图6是夹片式微流控器件的制作工艺流程图；
[0042]图7是微流控芯片总成实物截面图；
[0043]图8是利用夹片式微流控器件从人体血液中分选乳腺癌肿瘤细胞的实验效果图。
[0044]其中，I为盖板，11为盖板密封垫槽，12为样品入口，2为密封垫，3为微流控芯片总成，311为第一塑封膜，312为第二塑封膜，3111为上导向孔，3121为下导向孔，3112为上通孔，3122为下通孔，32为微流控芯片，321为微流道，3211为进液孔，3212为出液孔，322为定位孔，4为底板，41为导向柱，42为底板密封垫槽，43为样品出口，101为预加工的微流道和定位孔图案，102为微流控芯片半成品，103为胶层，104为微流控芯片半成品，105为盖板I和底板4的接缝。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046]实施例
[0047]—种夹片式微流控器件，可用于循环肿瘤细胞高通量分选器件，如图1-5所示:包括由上到下依次设置的盖板1、一个以上的微流控芯片总成(3)以及底板4。
[0048]所述盖板I上设置有样品入口 12 ;所述盖板I上设置有盖板密封垫槽11，所述底板4上设置有底板密封垫槽42 ;所述盖板密封垫槽11和底板密封垫槽42中均设置有密封垫2。
[0049]所述微流控芯片总成3包括上到下依次设置的第一塑封膜311、微流控芯片32以及第二塑封膜312 ;所述微流控芯片32上设置有微流道321和定位孔322 ;所述微流道321一端设置有进液孔3211，另一端设置有出液孔3212 ;所述第一塑封膜311上设置有上导向孔3111和上通孔3112 ;所述第二塑封膜312上设置有下导向孔3121和下通孔3122 ;所