專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微流控芯片的微溝道加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，屬微流控芯片微溝道的加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微流控芯片是指通過(guò)微加工技術(shù)及其他加工方法將一個(gè)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室微縮到一塊只有幾平方厘米大的薄片上。在一塊芯片上構(gòu)建的化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室可以將化學(xué)和生物領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)，細(xì)胞培養(yǎng)、分選、裂解等基本操作單元進(jìn)行集成。最終，上述的操作單元可以集成到一塊很小的芯片上，由微通道形成網(wǎng)絡(luò)，用可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室的各種功能。該技術(shù)具有檢測(cè)限低，檢測(cè)所需樣品量少，檢測(cè)時(shí)間短，制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)μ囟x子、化合物、DNA片段等做出有效檢測(cè)。該技術(shù)可以被廣泛地應(yīng)用于環(huán)保、軍事、醫(yī)藥、生化等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著微加工技術(shù)，MEMS技術(shù)以及電子技術(shù)的日益成熟，微流控芯片開(kāi)始向集成化、微型化方向發(fā)展。目前微流控芯片在國(guó)內(nèi)外比較典型的加工方式主要有光刻陽(yáng)模熱壓法、微機(jī)械加工法等。其中光刻陽(yáng)模熱壓方法成本較高，模具制作周期較長(zhǎng)，一種模具只能加工一種形狀的微溝道，且模具材質(zhì)通常為半導(dǎo)體材料，質(zhì)地較脆，使用壽命較短。而微機(jī)械加工的設(shè)備較為昂貴且遠(yuǎn)沒(méi)有普及，并且其微尺寸刀具采用純機(jī)械的方式在有機(jī)材質(zhì)上進(jìn)行溝道加工，使得單個(gè)微尺寸刀具的壽命較短。此外其他加工方法也存在一些問(wèn)題，如金屬絲熱壓法，其加工溝道的線(xiàn)性度不夠；激光刻蝕法，其加工的溝道側(cè)壁較為粗糙?？傊鲜鑫⒘骺匦酒奈系乐谱鞣椒ㄔ趯?shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到諸多條件限制。這有悖于微流控芯片通過(guò)集成化、微型化實(shí)現(xiàn)普及的宗旨，從而限制了其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以在降低芯片加工成本、縮短芯片加工周期、保證微溝道加工質(zhì)量、推進(jìn)微流控芯片普及的微流控芯片的微溝道加工設(shè)備。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明包括支架、劃刻深度控制標(biāo)尺、溫度控制器、加熱器、微尺寸刀具、微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、多自由度的數(shù)控載物臺(tái)和搖臂，所述支架的下端與多自由度的數(shù)控載物臺(tái)相連接，所述的搖臂設(shè)置在支架上，所述的劃刻深度控制標(biāo)尺設(shè)置在搖臂上，所述的微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在劃刻深度控制標(biāo)尺上，加熱器的上端與劃刻深度控制標(biāo)尺的下端相連接，微尺寸刀具的上部設(shè)置在加熱器內(nèi)，溫度控制器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與加熱器相連接。本發(fā)明的設(shè)備是將控溫加熱與微機(jī)械加工裝置相結(jié)合，本發(fā)明采用數(shù)控編程保證了復(fù)雜溝道圖形加工的同時(shí)也保證了所需的加工精度，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1、將控溫加熱、 微尺寸刀具與數(shù)控裝置結(jié)合為一體。2、使得微流控芯片的加工工藝流程得到簡(jiǎn)化，加工時(shí)間縮短。3、刀具壽命長(zhǎng)，定位精度高，便于微流控芯片的批量化生產(chǎn)。4、制作的微流控芯片
3的溝道平整度與線(xiàn)性度良好。5、適用本發(fā)明的設(shè)備其加工方法簡(jiǎn)單易行，單個(gè)芯片加工成本低，便于推廣普及。


圖1是本發(fā)明的控溫加熱劃刻設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明加熱器內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明微尺寸刀具的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明劃刻深度控制標(biāo)尺的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是實(shí)施彎角轉(zhuǎn)彎溝道芯片加工示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明較佳的實(shí)施方式見(jiàn)圖1 圖5，包括支架1、劃刻深度控制標(biāo)尺2、溫度控制器3、加熱器4、微尺寸刀具5、微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6、多自由度的數(shù)控載物臺(tái)7和搖臂8，所述支架1的下端與多自由度的數(shù)控載物臺(tái)7相連接，所述的搖臂8設(shè)置在支架1上， 所述的劃刻深度控制標(biāo)尺2設(shè)置在搖臂8上，所述的微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6設(shè)置在劃刻深度控制標(biāo)尺2上，加熱器4的上端與劃刻深度控制標(biāo)尺2的下端相連接，微尺寸刀具5 的上部設(shè)置在加熱器4內(nèi)，溫度控制器3通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與加熱器4相連接。所述的微尺寸刀具有多種尺寸規(guī)格，可以任意選擇。刀具采用精密模具鑄造，其微尺寸刀具5的刀頭5-1形狀為錐形、圓弧形、矩形或梯形，可以通過(guò)熱劃刻得到截面形狀為錐形、圓弧形、矩形或梯形的溝道。溝道深度和寬度范圍均為10 1000 μ m，溝道的長(zhǎng)度為 30 500mm。使用本發(fā)明的設(shè)備加工微流控芯片微溝道的方法首先用去離子水超聲清洗已經(jīng)切割好的基片，然后將基片在真空條件下低溫烘干以待備用。待基片被完全烘干后，將基片置于多自由度的數(shù)控載物臺(tái)上，將基片固定。開(kāi)啟電腦主機(jī)和控制軟件界面，將設(shè)備與電源連接并打開(kāi)設(shè)備電源開(kāi)關(guān)。然后連接劃刻設(shè)備數(shù)據(jù)線(xiàn)與電腦主機(jī)，同時(shí)將熱電偶與加熱器相連。確認(rèn)設(shè)備與電腦連接成功之后，設(shè)定PID參數(shù)，打開(kāi)設(shè)備上的加熱開(kāi)關(guān)，等待溫度達(dá)到設(shè)定值。移動(dòng)多自由度的數(shù)控載物臺(tái)使微尺寸刀具頭部對(duì)準(zhǔn)基片溝道的起始位置，對(duì)設(shè)備的數(shù)控部分進(jìn)行編程或直接通過(guò)軟件導(dǎo)入CAD文件，也可以通過(guò)電腦軟件用鍵盤(pán)進(jìn)行手動(dòng)操作。確認(rèn)刀具的運(yùn)動(dòng)起始位置為所需后，啟動(dòng)數(shù)控裝置。待一次劃刻結(jié)束之后，從多自由度的數(shù)控載物臺(tái)上取下基片，暫時(shí)關(guān)閉加熱開(kāi)關(guān)。如果需要，可以用乙酸對(duì)微溝道進(jìn)行平整化，再次用去離子水超聲清洗基片上的溝道，然后將基片在真空條件下低溫烘干。至此，微流控芯片的微溝道圖形加工完成。基片的選材為有機(jī)玻璃以及其他有機(jī)聚合物，基片的面積< 200 X 200mm，芯片上的微溝道的幾何尺寸為寬度10 1000 μ m,深度為10 1000 μ m,長(zhǎng)度為30mm以上，溝道形狀可按需求設(shè)計(jì)，采用控溫加熱劃刻設(shè)備進(jìn)行制作。其中微尺寸刀具5的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)定范圍為0 100mm/S，微尺寸刀具5的運(yùn)動(dòng)范圍為O 200mm，微尺寸刀具5的溫度范圍為 O 500°C，其中刀具加熱溫度可以自行設(shè)定與調(diào)節(jié)，并能夠在溫度達(dá)到設(shè)定溫度波動(dòng)始終穩(wěn)定在1 %?？販丶訜釀澘淘O(shè)備的所有運(yùn)動(dòng)均由數(shù)控方式完成，載物臺(tái)和刀具部分均可數(shù)控
4運(yùn)動(dòng)，可以進(jìn)行復(fù)雜溝道圖形的加工，能夠?qū)系郎疃鹊木_控制精度為士 lym。
本發(fā)明設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于1、保證PMMA及其他聚合物材質(zhì)的微流控芯片微溝道的平整度；2、制作PMMA及其他聚合物材質(zhì)的微流控芯片的工藝參數(shù)容易控制；3、制作PMMA 及其他聚合物材質(zhì)的微流控芯片的加工周期短；4、制作的PMMA及其他聚合物材質(zhì)的微流控芯片成本低；5、能夠制作形狀復(fù)雜的微溝道，并能夠保證加工的微溝道圖形精度。
權(quán)利要求
1.一種微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，包括支架(1)、劃刻深度控制標(biāo)尺O)、溫度控制器(3)、加熱器(4)、微尺寸刀具(5)、微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)、多自由度的數(shù)控載物臺(tái)(7)和搖臂(8)，其特征在于，所述支架(1)的下端與多自由度的數(shù)控載物臺(tái)(7)相連接， 所述的搖臂⑶設(shè)置在支架⑴上，所述的劃刻深度控制標(biāo)尺⑵設(shè)置在搖臂⑶上，所述的微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)設(shè)置在劃刻深度控制標(biāo)尺(2)上，加熱器⑷的上端與劃刻深度控制標(biāo)尺( 的下端相連接，微尺寸刀具( 的上部設(shè)置在加熱器(4)內(nèi)，溫度控制器(3)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與加熱器(4)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，其特征在于，微尺寸刀具(5) 的刀頭(5-1)形狀為錐形、圓弧形、矩形或梯形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，其特征在于，微尺寸刀具(5) 的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)定范圍為0 100mm/S。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，其特征在于，微尺寸刀具(5) 的運(yùn)動(dòng)范圍為O 200mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，其特征在于，微尺寸刀具(5) 的溫度范圍為O 500°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種微流控芯片的微溝道加工設(shè)備，本發(fā)明支架的下端與多自由度的數(shù)控載物臺(tái)相連接，搖臂設(shè)置在支架上，劃刻深度控制標(biāo)尺設(shè)置在搖臂上，微尺寸刀具數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在劃刻深度控制標(biāo)尺上，加熱器的上端與劃刻深度控制標(biāo)尺的下端相連接，微尺寸刀具的上部設(shè)置在加熱器內(nèi)，溫度控制器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與加熱器相連接。本發(fā)明的設(shè)備是將控溫加熱與微機(jī)械加工裝置相結(jié)合，采用數(shù)控編程保證了復(fù)雜溝道圖形加工的同時(shí)也保證了所需的加工精度，使得微流控芯片的加工工藝流程得到簡(jiǎn)化，加工時(shí)間縮短。刀具壽命長(zhǎng)，定位精度高，便于微流控芯片的批量化生產(chǎn)。制作的微流控芯片的溝道平整度與線(xiàn)性度良好。適用本發(fā)明的設(shè)備其加工方法簡(jiǎn)單易行。
文檔編號(hào)B26D3/06GK102179831SQ20111008463
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者劉曉為, 張海峰, 王蔚, 田麗, 韓小為 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)