一种使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微/毫流控芯片制备技术领域，具体涉及一种使用可拆卸模板制备微 /毫流控芯片的方法。
【背景技术】
[0002] 微型全分析系统自1990年首次由瑞士 Giba-Geigy公司的Manz和Widmer提出后， 便受到来自分析化学、材料学、生物医学等各个交叉领域的广泛关注，其核心是微/毫流控 芯片的制备。目前，广泛用于芯片制备的材料主要有石英、玻璃、硅质材料、高分子材料。石 英具有良好的化学惰性和表面稳定性，特别是其优良的电渗性质而得到较多科研工作者的 青睐，但是其缺点在于难以形成深宽比大的通道，材料成本高，键合困难。玻璃以其键合工 艺多、可重复使用而得到广泛应用，但其加工成本高、易碎也限制了它的发展。硅片具有一 定的热稳定性，加工工艺成熟，但价格昂贵，易碎，且表面化学行为复杂，电绝缘性不好。近 年来，随着高分子材料的发展，成本低廉，种类繁多，加工方法多样的材料逐步走进了人们 的视线，而其最大得特点在于弥补了以上几类材料的一个共同缺点：键合困难。如聚二甲基 硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS) 〇
[0003] 制备高分子材料微流控芯片的方法很多，目前大家广泛使用的主要有模塑法、热 压法、刻蚀法、注塑法等。模塑法首先通过甩胶(一般为SU-8负光胶或正胶)、曝光、刻蚀、清 洗等工艺在玻璃或硅片上制备出带有微通道的阳模，然后将预聚物浇注在该阳模模具上， 固化后便得到带有微结构的聚合物，然后取用一片表面光滑的盖片与上述带有微结构的基 片进行键合，制备出封闭的微通道。热压法也需首先制备出与模塑法一致的阳模或直接使 用金属杆构造出微结构，然后将基片加热到接近聚合物玻璃态转变温度时，施加一定的压 力，使基片与模具压合，从而复制出阳模上的图形，最后进行基片的键合制备出完整芯片。 刻蚀法则将感光胶涂于基片表面，通过曝光、显影、刻蚀、清洗等流程，直接在基片上制备出 微结构，省去模具制备的工序。注塑法需首先制备出带有微结构的硅阴模，然后采用电铸 法制备出金属阳模，再将金属阳模安装于注塑机上，实现工业批量生产，该法必须使用注塑 机，因此成本较上述几种方法都较高，不适合实验室使用。但是，上述几种方法，除刻蚀法 外，均需首先制备出带微结构的模具，因此延长了芯片的制备周期；另一方面，包括刻蚀法 在内的上述方法，均需对盖片与基片进行键合。对于高分子材料来说，经过长期有机溶剂的 浸泡，难免出现溶胀等问题，因此采用键合方式结合的基片在经过长期使用后便会出现脱 落、渗漏等问题。而Duffy等人发明的高真空氧等离子封接技术，虽然实现了聚二甲基硅氧 烧（p〇lydimethylsiloxane，PDMS)的不可逆封接，但其昂贵的设备及成本限制了该方法的 应用。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片通道 的方法。
[0005] 本发明的使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法，包括以下步骤： a. 制备模具预聚体容器； b. 预留管道，制成模板； c. 浇注预聚物并固化模具； d. 拆除模具的铝箱、玻璃片和模板，得到微/毫流控芯片毛坯； e. 切割微/毫流控芯片毛坯外形，得到芯片微/毫流控芯片。
[0006] 所述的步骤a包括以下步骤： al.将长方体形状的玻璃片水平放置在铝箱上面； a2.将铝箱沿着玻璃片的侧面向上折叠包裹玻璃片的四个侧面，铝箱将玻璃片包裹成 一个上方开口的空心长方体，得到模具预聚体容器，定义空心长方体的长、高、宽分别为X、 丫、2轴。
[0007] 所述的步骤b包括以下步骤： bl.将表面光滑的不锈钢杆I沿空心长方体的X轴方向，在低于水平对称中心线处穿 过空心长方体； b2.将表面光滑的不锈钢杆II的一端穿过空心长方体的铝箱或悬空，另一端使用胶粘 剂粘接在不锈钢杆I上，不锈钢杆I与不锈钢杆II的夹角范围为0° ~180° ; b3.将表面光滑的不锈钢杆III的一端穿过空心长方体的铝箱或悬空，另一端使用胶粘 剂粘接在不锈钢杆II上，不锈钢杆II与不锈钢杆III的夹角范围为0° ~180° ; b4.重复步骤b2或b3直至得到所需的模板； b5.用硅泥密封不锈钢杆穿过铝箱时在铝箱上留下的缝隙。
[0008] 所述的步骤C包括以下步骤： cl.将聚合物与固化剂搅拌混合均匀，形成预聚体溶液A ; c2.将预聚体溶液A抽真空至无气泡，形成预聚体溶液B ; c3.将预聚体溶液B倒入步骤a制成的模具预聚体容器中，形成预聚体溶液C ; c4.将预聚体溶液C抽真空至无气泡，形成预聚体溶液D ; c5.将盛有预聚体溶液D的模具预聚体容器整体放在真空干燥箱中，在70°C下固化 2~3h，制成模具。
[0009] 所述的步骤d包括以下步骤： dl.将模具超声处理30min; d2.拆除模具表面的铝箱和下方的玻璃片； d3.将模具内部的不锈钢杆旋转拔出，得到微/毫流控芯片毛坯。
[0010] 所述的空心长方体高度范围为2cm~5cm。
[0011] 所述的不锈钢杆的外径范围为1 mm~6. 5mm。
[0012] 所述的不锈钢杆可用不锈钢管、不锈钢套管、玻璃杆、玻璃管、聚四氟乙烯杆或聚 四氟乙烯管替换。
[0013] 所述的胶粘剂为502胶或AB胶。
[0014] 所述的聚合物为聚二甲基硅氧烷，固化剂为聚甲基丙烯酸甲酯，聚二甲基硅氧烷 与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比10:1。
[0015] 本发明的使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法，使用玻璃片、铝箱、不锈钢 管杆、不锈钢管、玻璃杆、玻璃管、聚四氟乙烯杆或聚四氟乙烯管等材料，材料廉价，尺寸可 调节，可根据需要自行加工，且不易带来交叉污染，易剥离，表面光滑洁净，对最终固化成型 的芯片外观损伤小，光学保真性好。本发明的使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法， 采用硅泥封装与胶粘剂粘结相结合的固定方式，具有组装简便易行、可调控性强的优点，容 易组装成各型各类丰富的管路。
[0016] 本发明的使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法，通过使用可拆卸模板预制 复杂管路的技术，可快速、低成本的制备出微/毫流控芯片通道，该方法制成的微/毫流控 芯片通道直径可调控范围大，管路交叉角度可调控范围大，无须制备阳模、阴模，能够实现 一步成型，无需采用任何键合技术，施工条件要求低，工艺简单易行，耗费工时少。
[0017] 本发明的使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法，所用的预聚物为聚二甲基 硅氧烷，固化剂为聚甲基丙烯酸甲酯，具有材料绿色无污染，热固化温度较低，易控，速度快 的优点，固化前后几何形状保真性好，无变形，固化成型以后制备出的芯片机械强度适中， 有一定弹性和韧性，容易拆除预制通道的玻璃杆或玻璃管，又不易发生玻璃杆或玻璃管损 伤和断裂，还能实现较好的管路密封性能，更重要的是固化成型后的芯片光学透视效果好， 便于可视化研究多相流流动、混合及其液滴成形的微观机理。而且，芯片易清洁，可反复多 次使用，经久耐用，不会因使用时间、次数而出现漏液问题。可以广泛的应用于微球制备、化 工分析和分离等领域。
[0018] 综上所述，本发明的使用可拆卸模板制备微/毫流控芯片的方法，能够通过易拆 卸模板工艺一步成型预制较为复杂的通道管路，具有加工工艺简单、可控性强、成本低，获 得的芯片稳定性好，通道组装和拆卸便捷，易清洁，可广泛应用于微/毫米直径功能微球制 备和微全分析系统等领域，避免了传统制备微/毫流控芯片方法中图案芯片与基材的键合 工序或复杂的模板工艺，以及由此带来的芯片机械性能不好、使用寿命短和溶胀渗漏等问 题。
【具体实施方式】