等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物科學(xué)微全分析系統(tǒng)(Micro Total Analysis System，μ -TAS)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片是指通過(guò)微加工技術(shù)及其它加工方法將一個(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。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。
[0003]目前熱塑性聚合物的微流控芯片制作中使用最廣泛的鍵合方法是直接熱鍵合法，其主要工藝是將基片與蓋片配合后放入加熱腔內(nèi)，然后利用加熱裝置基片和蓋片進(jìn)行加熱，與此同時(shí)對(duì)其施加一定壓力。當(dāng)材料被加熱到玻璃化溫度Tg附近并且壓力達(dá)到設(shè)定的鍵合壓力時(shí)，進(jìn)入保溫保壓階段。在這個(gè)過(guò)程中，由于受到較高的溫度和外部壓力作用，器件表面緊密貼合，分子間作用力不斷增強(qiáng)。待保溫保壓一段時(shí)間后，開(kāi)始對(duì)基片和蓋片降溫，當(dāng)溫度降低到材料的Tg以下時(shí)，卸載芯片上的壓力，最終基片和蓋片會(huì)在表面分子間作用力下實(shí)現(xiàn)鍵合。
[0004]直接熱鍵合法不改變微結(jié)構(gòu)表面的特性，也不引入其他的物質(zhì)，所以微結(jié)構(gòu)表面均勻一致。然而，在這一方法中鍵合強(qiáng)度和微結(jié)構(gòu)的變形量是很難兼顧的矛盾，由于分子間作用力和接觸界面之間距離的高次方成反比，因此只有在較高溫度和壓力下，兩界面上聚合物分子間才能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用力，而獲得高強(qiáng)度的鍵合。但是溫度、壓力過(guò)高則容易導(dǎo)致微通道變形量過(guò)大，還會(huì)引起基片整體變形和鍵合殘余應(yīng)力過(guò)大。另外設(shè)備開(kāi)機(jī)預(yù)熱和鍵合的時(shí)間都比較長(zhǎng)，并且在熱壓鍵合之后，微流控芯片上的有機(jī)物會(huì)附著在加熱塊或者墊片上，不易清洗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)等離子體處理熱塑性微流控芯片，能夠降低熱壓鍵合的條件，并能夠提高鍵合強(qiáng)度，顯著降低微通道變形量，從而協(xié)助熱壓鍵合的規(guī)?；a(chǎn)。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供了一種等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法，所述方法包括:對(duì)基片和蓋片分別進(jìn)行等離子處理，使所述基片的表面形成第一活化層，并且所述蓋片的表面形成第二活化層；利用所述第一活化層和所述第二活化層對(duì)所述基片和所述蓋片進(jìn)行熱壓鍵合，得到所述微流控芯片。
[0007]優(yōu)選的，所述基片和蓋片的材料均為熱塑性聚合物。
[0008]優(yōu)選的，所述等離子處理的氣體為O2或體積比1:1的O 2/N2混合氣體，功率為50W-100W，處理時(shí)間為I分鐘-3分鐘，氣體流速為100sccm-400sccm。
[0009]優(yōu)選的，所述熱壓鍵合的溫度為80 °C -100 °C，壓強(qiáng)為lMpa_5Mpa，時(shí)間為5分鐘-15分鐘。
[0010]優(yōu)選的，所述利用所述第一活化層和所述第二活化層對(duì)所述基片和所述蓋片進(jìn)行熱壓鍵合具體為:
[0011]將所述基片和所述蓋片放入熱壓設(shè)備中，并將所述第一活化層與所述第二活化層對(duì)準(zhǔn)；
[0012]利用所述熱壓設(shè)備，將所述第一活化層和所述第二活化層貼合在一起，并在預(yù)設(shè)溫度下施加壓力，從而實(shí)現(xiàn)所述基片和所述蓋片的熱壓鍵合。
[0013]優(yōu)選的，所述基片包括溝槽；在所述熱壓鍵合后，所述基片與所述蓋片間，通過(guò)所述溝槽形成微通道。
[0014]第二方面，本發(fā)明提供了一種如上述第一方面所述的等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法制備的微流控芯片。
[0015]本發(fā)明提供了一種等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片及其制備方法，在微流控芯片鍵合前的預(yù)處理環(huán)節(jié)中，利用等離子體改性技術(shù)在等離子體機(jī)腔體中對(duì)微流控芯片表面進(jìn)行等離子體處理，提高芯片表面活性后進(jìn)入熱壓機(jī)中實(shí)現(xiàn)鍵合。本發(fā)明提供的方法在鍵合工藝參數(shù)上降低了鍵合溫度與時(shí)間，顯著提高了熱鍵合的生產(chǎn)效率，且鍵合強(qiáng)度為直接熱鍵合的3-5倍，而微結(jié)構(gòu)的變形量比直接熱鍵合顯著降低。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法流程圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例四提供的微流控芯片剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅僅是用于更詳細(xì)具體地說(shuō)明，但并不意于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]實(shí)施例一
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的等離子體輔助熱壓鍵合微流控芯片的制備方法流程圖，如圖1所示，所述方法包括:
[0024]S110,對(duì)基片和蓋片分別進(jìn)行等離子處理，使所述基片的表面形成第一活化層，并且所述蓋片的表面形成第二活化層.
[0025]具體的，將基片和蓋片鍵合面朝上放入等離子處理機(jī)中，使所述基片的表面形成第一活化層，并且所述蓋片的表面形成第二活化層，如圖2所示。
[0026]具體的，所述基片和蓋片的材料均為熱塑性聚合物。例如，聚甲基丙烯酸甲酉旨(polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酉旨(Polycarbonate, PC)、環(huán)稀徑聚合物(Cyclo-olefin polymer, COP)等。
[0027]具體的，所述等離子處理的氣體為O2或體積比1:1的O 2/N2混合氣體，功率為50W-100W，處理時(shí)間為I分鐘-3分鐘，氣體流速為100sccm-400sccm。
[0028]S120,利用所述第一活化層和所述第二活化層對(duì)所述基片和所述蓋片進(jìn)行熱壓鍵合，得到所述微流控芯片。
[0029]具體的，將所述基片和所述蓋片放入熱壓設(shè)備中，并將所述第一活化層與所述第二活化層對(duì)準(zhǔn)，如圖3所示；利用所述熱壓設(shè)備，將所述第一活化層和所述第二活化層貼合在一起，并在預(yù)設(shè)溫度下施加壓力，從而實(shí)現(xiàn)所述基片和所述蓋片的熱壓鍵合，得到所述微流控芯片，如