本發(fā)明涉及微細(xì)加工、微流控芯片、生物醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種中空微通道結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
人們對(duì)通道的研究早已從最開始的管道、各類線圈發(fā)展到現(xiàn)在的各種散熱器通道以及模擬細(xì)胞生存環(huán)境的空腔，而相應(yīng)地，其尺寸量級(jí)也從米、毫米、再到微米。隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，從上世紀(jì)五六十年代起，科學(xué)家們就開始將微通道應(yīng)用于各種換熱器、反應(yīng)器以及在醫(yī)學(xué)上模擬人體血管中血液的循環(huán)狀況等各個(gè)方面。
毛細(xì)現(xiàn)象是自然界中一種常見的物理現(xiàn)象，眾所周知液體與物體表面之間接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生表面張力，在此表面張力的作用下液體會(huì)沿著接觸面移動(dòng)。倘若與液體接觸的是一根細(xì)管或微通道，液體將在表面張力的作用下沿著細(xì)管內(nèi)壁或微通道內(nèi)腔壁移動(dòng)。毛細(xì)現(xiàn)象可以用于制備微納結(jié)構(gòu)，其原理及操作較為簡單，易于向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。
目前，對(duì)于微通道的制備已有一些方法，主要包括同軸擠出成形法、靜電誘導(dǎo)法、反應(yīng)離子刻蝕法等等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)往往受限于工藝復(fù)雜、成本較高以及精度難以控制等因素。
中空微通道在微細(xì)加工、微流控芯片、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明可以解決現(xiàn)有制備中空微通道方法工藝要求高，微通道尺寸難以控制，成本較高等問題，提供一種中空微通道結(jié)構(gòu)的新型制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種中空微通道結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：
（1）微通道母版的制備，步驟如下：將所用基片（常用玻璃片或硅片或其他材料基片）清洗干凈并在其上旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠（以az9260光刻膠為例）；靜置十分鐘后將其置于65℃熱板上加熱10分鐘，接著移到95℃熱板上加熱30分鐘；然后將具有長條形微米圖案的光刻掩膜板與az9260光刻膠涂層緊密接觸，并進(jìn)行光刻曝光；對(duì)經(jīng)過曝光后的基片進(jìn)行顯影便可得到與掩膜版圖案中不透光部分尺寸相同的長條形微米方塊結(jié)構(gòu)；將此微結(jié)構(gòu)置于熱板之上，緩慢升溫到140℃，加熱30分鐘后取下令其自然冷卻到室溫；140℃下的az9260光刻膠已經(jīng)處于熔融狀態(tài)，其在表面張力及重力的作用下發(fā)生流動(dòng)，微結(jié)構(gòu)的橫截面形貌由棱角分明的矩形變?yōu)楸砻娓庸饣膱A形，由此得到所需要的微通道母版結(jié)構(gòu)；
（2）pdms柔性微通道模板的制備，步驟如下：取一大小適中的燒杯，清洗干凈，然后將pdms本體材料和固化劑按照體積比10:1的比例在燒杯中混合并且攪拌均勻，令混合液在空氣中靜置兩個(gè)小時(shí)以充分去除氣泡，將沒有氣泡的混合液傾倒到步驟（1）中所獲得的微通道母版上，并保證混合液能夠完全覆蓋住微通道結(jié)構(gòu)，再將其整體置于90℃熱板上加熱1h使混合液完全固化；自然冷卻至室溫后將固化好的pdms材料從步驟（1）中的微通道母版上揭下，便制得了pdms柔性微通道模板；
（3）中空微通道結(jié)構(gòu)的制備，步驟如下：將步驟（2）中制得的pdms柔性微通道模板與清洗干凈的基片緊密粘附在一起，為了保證pdms柔性模板與基片能夠始終緊密粘附在一起，可以適當(dāng)?shù)卦谄渖媳砻婕优渲貕K；這樣基片與pdms柔性模板之間就形成了長條形且橫截面為類半圓的微通道空腔；然后在pdms柔性模板一側(cè)滴入s1813光刻膠，光刻膠便會(huì)在毛細(xì)力的作用下流入微通道空腔；靜置3個(gè)小時(shí)使光刻膠液體有足夠的時(shí)間來填充微通道空腔；然后，將其整體在加熱板上進(jìn)行加熱，先在65℃下加熱10分鐘，然后將熱板升溫到90℃繼續(xù)加熱90分鐘；在此過程中，微通道空腔中s1813光刻膠中溶劑揮發(fā)，光刻膠整體發(fā)生熱回流現(xiàn)象，原先已被光刻膠填滿的區(qū)域從最前端開始慢慢回流，由于pdms微通道空腔壁與光刻膠之間有粘附力（表面張力），光刻膠在腔內(nèi)回流時(shí)不能夠完全擺脫微通道空腔壁的粘附力，由此產(chǎn)生的結(jié)果就是微腔中間部分的光刻膠完全回流，而與微腔內(nèi)壁相接觸的光刻膠將滯留在空腔內(nèi)壁上，加熱90分鐘后pdms微通道空腔壁上的光刻膠將完全固化，此時(shí)停止加熱并將基片整體冷卻至室溫，再將pdms柔性微通道模板揭掉，便在基片表面得到了與pdms柔性模板形狀相同中空微通道結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的技術(shù)方案操作起來簡單易行，中空微通道尺寸容易精確控制，所制作的pdms柔性模板成本低廉，且與微通道母版均可以重復(fù)使用，各步驟所用材料均容易獲得，因此整個(gè)制作成本極低，具有較大的應(yīng)用前景。
附圖說明
圖1中空微通道結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式：一種中空微通道結(jié)構(gòu)的制備方法，由以下步驟完成：
步驟一、微通道母版的制備，將所用基片清洗干凈并在其上旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠；靜置十分鐘后將其置于65℃熱板上加熱10分鐘，接著移到95℃熱板上加熱30分鐘；然后將具有長條形微米圖案的光刻掩膜板與光刻膠涂層緊密接觸，并進(jìn)行光刻曝光；對(duì)經(jīng)過曝光后的基片進(jìn)行顯影便可得到與掩膜版圖案中不透光部分尺寸相同的長條形微米方塊結(jié)構(gòu)；將此微結(jié)構(gòu)置于熱板之上，緩慢升溫到140℃，加熱30分鐘后取下令其自然冷卻到室溫；140℃下的光刻膠已經(jīng)處于熔融狀態(tài)，其在表面張力及重力的作用下發(fā)生流動(dòng)，微結(jié)構(gòu)的橫截面形貌由棱角分明的矩形變?yōu)楸砻娓庸饣膱A形，由此得到所需要的微通道母版結(jié)構(gòu)。
步驟二、pdms柔性微通道模板的制備，取一大小適中的燒杯，清洗干凈，然后將pdms本體材料和固化劑按照一定的體積比例在燒杯中混合并且攪拌均勻，令混合液在空氣中靜置兩個(gè)小時(shí)以充分去除氣泡，將沒有氣泡的混合液傾倒到步驟（1）中所獲得的微通道母版上，并保證混合液能夠完全覆蓋住微通道結(jié)構(gòu)，再將其整體置于90℃熱板上加熱1h使混合液完全固化；自然冷卻至室溫后將固化好的pdms材料從步驟（1）中的微通道母版上揭下，便制得了pdms柔性微通道模板。
步驟三、中空微通道結(jié)構(gòu)的制備，第一步，將步驟（2）中制得的pdms柔性微通道模板與清洗干凈的基片緊密粘附在一起，為了保證pdms柔性模板與基片能夠始終緊密粘附在一起，可以適當(dāng)?shù)卦谄渖媳砻婕优渲貕K；這樣基片與pdms柔性模板之間就形成了長條形且橫截面為類半圓的微通道空腔；第二步，在pdms柔性模板一側(cè)滴入光刻膠，膠體與稀釋劑配比為2:1，光刻膠便會(huì)在毛細(xì)力的作用下流入微通道空腔；靜置3個(gè)小時(shí)使光刻膠液體有足夠的時(shí)間來填充微通道空腔；第三步，將其整體在加熱板上進(jìn)行加熱，先在65℃下加熱10分鐘，然后將熱板升溫到90℃繼續(xù)加熱90分鐘；在此過程中，微通道空腔中原膠中的溶劑揮發(fā)，光刻膠整體發(fā)生熱回流現(xiàn)象，原先已被光刻膠填滿的區(qū)域從最前端開始慢慢回流，由于pdms微通道空腔壁與光刻膠之間有粘附力（表面張力），光刻膠在腔內(nèi)回流時(shí)不能夠完全擺脫微通道空腔壁的粘附力，由此產(chǎn)生的結(jié)果就是微腔中間部分的光刻膠完全回流，而與微腔內(nèi)壁相接觸的光刻膠將滯留在空腔內(nèi)壁上，加熱90分鐘后pdms微通道空腔壁上的光刻膠將完全固化，此時(shí)停止加熱并將基片整體冷卻至室溫；第四步，再將pdms柔性微通道模板揭掉，便在基片表面得到了與pdms柔性模板形狀相同中空微通道結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式中步驟一所述的光刻膠是以az9260光刻膠，由具有粘合作用的樹脂、感應(yīng)光照的感光劑以及能夠維持液態(tài)溶液的溶劑組成，也可選用其他膠體。
本實(shí)施方式中步驟一所述的對(duì)基片旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠所用的勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速低速高速分別設(shè)定為500r/min時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)10秒，3500r/min時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)40秒，500r/min時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)10秒。
本實(shí)施方式中步驟一所述的光刻曝光能量為600mj/cm2，可根據(jù)實(shí)際工藝情況進(jìn)行調(diào)整。
本實(shí)施方式中步驟一所述的對(duì)基片進(jìn)行顯影所用顯影液型號(hào)為az400k，顯影液與去離子水體積比為1:3，顯影時(shí)間為1分30秒。
本實(shí)施方式中步驟一所述的基片常用玻璃片或硅片或其他材料。
本實(shí)施方式中步驟二所述的pdms是將本體材料和固化劑按照體積比10:1的比例在燒杯中混合并且攪拌均勻。
本實(shí)施方式中步驟二所述的得到的柔性模板的形狀與步驟一所述的微通道母版結(jié)構(gòu)形狀互補(bǔ)。
本實(shí)施方式中步驟三所述的膠體為s1813光刻膠，膠體與稀釋劑配比為2:1，其配比也可以按照實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。
本實(shí)施方式中步驟三所述的第三步將兩者整體置于加熱板上先在65℃下加熱10分鐘，然后將熱板升溫到90℃繼續(xù)加熱90分鐘，其加熱溫度和時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，例如改變基片的材質(zhì)、改用不同的化學(xué)材料替代光刻膠或者改進(jìn)本發(fā)明中制備中空微通道結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施細(xì)節(jié)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。