專利名稱：高聚物微流控芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微流控芯片的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適于批量生產(chǎn)的高聚物微流控芯片的低成本簡(jiǎn)單制備方法，即由陰母模復(fù)制多個(gè)剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)陽(yáng)子模，用陽(yáng)子模批量模塑高聚物微流控芯片的制作方法；該方法適用于多種固化型聚合物和溶劑揮發(fā)型聚合物芯片的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，尤其適用于環(huán)境污染物檢測(cè)、生物化學(xué)分析和臨床檢驗(yàn)等領(lǐng)域中的一次性芯片的批量生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
微全分析是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來(lái)的新興分析技術(shù)領(lǐng)域。微全分析是利用微加工工藝通過(guò)在芯片上制作微閥、微通道、微反應(yīng)器、微傳感器、微檢測(cè)器等功能單元構(gòu)成微型化學(xué)系統(tǒng)，將傳統(tǒng)化學(xué)中樣品的前處理、混合、反應(yīng)、分離及檢測(cè)等操作全部集成在芯片上來(lái)完成，具有快速、高效、樣品試劑用量小等特點(diǎn)。其中，微流控芯片以體積小、分析速度快、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)成為該領(lǐng)域最活躍的發(fā)展前沿，已用于多種物質(zhì)的檢測(cè)，特別是在生物化學(xué)分析和臨床檢驗(yàn)中有著巨大的應(yīng)用潛力。微流控芯片的推廣使用需要適合于大批量生產(chǎn)的低成本制造方法。因此，作為微流控分析芯片基礎(chǔ)的芯片材料和加工技術(shù)的研究近年來(lái)已受到許多發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。
目前，用于制作微流控芯片的材料已從最初的硅片發(fā)展到玻璃、石英及多種有機(jī)聚合物材料如環(huán)氧樹(shù)酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氯乙烯、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚幾內(nèi)酰胺等。加工技術(shù)也由傳統(tǒng)的光刻和蝕刻技術(shù)發(fā)展到熱壓法、模塑法、激光燒蝕法、LIGA技術(shù)和軟光刻等新方法。玻璃和石英由于優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)、散熱性和電滲性質(zhì)，一直是微流控芯片最常用的材料。但它們的缺點(diǎn)是制作成本高，微加工過(guò)程復(fù)雜，質(zhì)脆易碎，蝕刻時(shí)須用強(qiáng)腐蝕性酸，且不能復(fù)制，難于進(jìn)行批量生產(chǎn)。有機(jī)聚合物材料由于造價(jià)低廉，加工方便，易于進(jìn)行修飾組裝和實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)等特點(diǎn)成為最具有發(fā)展前景的微流控芯片材料。其中，由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有價(jià)格便宜、良好的電絕緣性、理想的光學(xué)特性和生物兼容性，可重復(fù)使用、適于批量生產(chǎn)和易于多種材料形成可逆密封等特點(diǎn)而被廣泛用作于微流控芯片的基質(zhì)材料。
目前報(bào)道的高聚物微流控芯片加工技術(shù)有如下幾種方法
(1)熱壓法熱壓法是一種快速?gòu)?fù)制高聚物微流控芯片的方法，適于熱塑性聚合物材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯等微流控芯片的制備。在熱壓機(jī)中將聚合物基片加熱到軟化溫度，保溫條件下放上陽(yáng)模并施加一定的壓力，即可在聚合物基片上壓制出與陽(yáng)模上的凸通道相對(duì)應(yīng)的凹通道。所用的陽(yáng)模通常是由光刻和蝕刻方法加工的硅模。(Martynova L.，Locascio L.E.，Gaitan M.，Kramer G.W.，Christensen R.G.，MacCrehan W.A.，F(xiàn)abrication of Plastic Microfluid Channels by Imprinting Methods，Anal.Chem.，1997，69，4783-4789)(2)模塑法模塑法也是一種快速?gòu)?fù)制微流控高聚物芯片的加工技術(shù)，保真度優(yōu)于熱壓法。先制出帶凸通道的陽(yáng)模，然后在陽(yáng)模上澆注液態(tài)的高聚物材料。將固化后的高聚物材料與陽(yáng)模剝離即得具有凹通道的基片。澆注用的高聚物材料應(yīng)具有低黏度，低固化溫度，在重力作用下，能夠充滿模具上的微通道和凹槽等處。該方法常用于固化型聚合物芯片和溶劑揮發(fā)型聚合物芯片的制作。
模塑法常用的陽(yáng)模一般是硅材料、玻璃、環(huán)氧基SU-8負(fù)光膠和PDMS等。硅陽(yáng)模和玻璃陽(yáng)模用光刻和蝕刻的方法制作；通過(guò)光刻可在環(huán)氧基SU-8負(fù)光膠上得到高深寬比(20∶1)和分辨率高達(dá)幾微米的凸圖形，顯影烘干后即可用作陽(yáng)模；用PDMS澆注于硅或玻璃等材料制得的母陰模上，固化后與母模相剝離即得到PDMS陽(yáng)模。這些模具部有一致命的缺點(diǎn)而不適于大規(guī)模的批量生產(chǎn)---短壽命。硅材料模板和玻璃模板易碎，而環(huán)氧基SU-8負(fù)光膠和PDMS模板上的凸圖形易于剝落。(Ng J.M.K.，Gitlin I.，Stroock A.D.，Whitesides G.M.，Components for IntegratedPoly(dimethylsiloxane)Microfluidic Systems，Electrophoresis，2002，23，3461-3473)(3)LIGA技術(shù)LIGA技術(shù)是微加工的新方法，包括深層光刻、微電鑄和微復(fù)制三個(gè)步驟。第一步是采用同步輻射X光深層光刻，將掩模上的圖形轉(zhuǎn)移到有幾百微米厚的光刻膠上，得到與掩模圖形一樣的光膠模。第二步是利用光刻膠下面的導(dǎo)電金屬膜上通過(guò)電鍍法將光膠模上的空隙用金屬鎳填充，形成一個(gè)與光膠模結(jié)構(gòu)互為補(bǔ)充的鎳的母模板。再用鎳母模復(fù)制出多個(gè)鎳子模板。第三步是用鎳了模板作陽(yáng)模，用注塑法復(fù)制出多個(gè)高聚物芯片。該方法多用于PMMA聚合物芯片的制作。(McCormick R.M.，Neison R.J.，Goretty Alonso-Amigo M.，Benvegnu D.J.，Hooper H.H.，MicrochnnelElectrophoretic Separations of DNA in Injection-molded Plastic Substrates.Anal.Chem.，1997，69，2626-2630)(4)激光切蝕法激光切蝕法是將紫外激光通過(guò)銅箔掩模聚焦在可光解的高聚物材料如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚苯二甲酸乙二醇酯上，瞬間將高聚物基片上對(duì)應(yīng)于掩模上的圖形區(qū)域燒蝕，形成與掩模圖形一致的凹圖形。由于紫外激光能量大，對(duì)人體傷害大，須在特殊的激光實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，制作條件苛刻，儀器設(shè)備比較昂貴。(Roberts M.A.，Rosier J.S.，Bercier P.，Girault H.，UV Laer Machined Polymer Substrates for theDevelopment of Microdiagnostic System，Anal.Chem.，1997，69，2035-2042)在上述幾種高聚物芯片加工方法中，熱壓法和模塑法雖然能夠用制備的陽(yáng)模快速?gòu)?fù)制微流控高聚物芯片，但一個(gè)模板一次只能復(fù)制一個(gè)基片，且模板易壞不耐用，所以只能滿足實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究的需要而不適于商業(yè)上的批量生產(chǎn)。目前，微流控芯片正在由初期的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)基礎(chǔ)研究向廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域及深度產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型。所以，尋求操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的產(chǎn)業(yè)化微流控芯片加工技術(shù)成為人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適于大批量生產(chǎn)的高聚物微流控芯片的低成本簡(jiǎn)單制作方法。第一次將剛性有機(jī)聚合物材料用作模板，以壓印法和模塑法這兩種快速?gòu)?fù)制技術(shù)為基礎(chǔ)，利用母模制子模，子模制基片的加工方法，實(shí)現(xiàn)多種固化型聚合物和溶劑揮發(fā)型高聚物微流控芯片的批量制作。
本發(fā)明的技術(shù)方案1、本發(fā)明提供的高聚物微流控芯片的制作方法，包括光刻蝕刻制陰母模、壓印復(fù)制多個(gè)剛性有機(jī)聚合物材料陽(yáng)子模和模塑復(fù)制高聚物微流控芯片三個(gè)步驟；所述的光刻蝕刻制陰母模的第一步驟為用濕法刻蝕或干法刻蝕在玻璃、石英和硅材質(zhì)的基片上制作帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模；所述的壓印復(fù)制剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的陽(yáng)子模第二步驟為使用第一步驟制得的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模采用熱壓或冷壓法復(fù)制出多個(gè)剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)子模；所述的模塑法復(fù)制高聚物微流控芯片的第三步驟為使用第二步驟制得的剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模作模板采用模塑法復(fù)制出具有與所述陰母模相同凹微通道網(wǎng)絡(luò)的高聚物微流控芯片基片，再在該高聚物微流控芯片基片的帶凹微通道網(wǎng)絡(luò)的表面上密封復(fù)合一平板蓋片，即制得本發(fā)明的高聚物微流控芯片；所述的第一步驟制得的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模為為制作在玻璃、石英、硅或金屬基片上的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模；所述的第二步驟制得的帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的陽(yáng)子模為制作在PMMA、聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯、或他們之間的任意一種共聚物材質(zhì)的基片上的具有高軟化溫度的帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的陽(yáng)子模；所述的第三步驟制得的高聚物微流控芯片基片為具有低固化溫度且不與所述陽(yáng)子模發(fā)生反應(yīng)的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的高聚物微流控芯片基片，該高聚物微流控芯片上的凹微通道網(wǎng)絡(luò)與所述陰母模上的凹微通道網(wǎng)絡(luò)相同；本發(fā)明提供的高聚物微流控芯片的制作方法，還可包括放在所述第三步的第四步驟該第四步驟為對(duì)得到的高聚物微流控芯片進(jìn)行表面修飾或微通道填充。
本發(fā)明只需進(jìn)行一次第一步驟所述的陰母模的復(fù)雜制作，便可批量生產(chǎn)出高聚物微流控芯片。其中，帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯或它們?nèi)蝺烧咧g的任一種共聚物；所述高聚物微流控芯片基片材料應(yīng)不與帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模的材質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以是多種固化型聚合物或溶劑揮發(fā)型聚合物，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅橡膠或橡膠等。
本發(fā)明提供的高聚物微流控芯片的制備方法，如下所述1、掩模的制作用Adobe Illustrator 8.0軟件設(shè)計(jì)微流控芯片圖形，通過(guò)高分辨率的激光打印機(jī)制得光刻掩模。微通道網(wǎng)絡(luò)圖形區(qū)為透明透光區(qū)，非圖形區(qū)為黑色不透光區(qū)。
2、陰母模的制作A、濕法刻蝕陰母模以依次涂有鉻膜保護(hù)層和光膠層的玻璃、石英或硅材料為基片，將掩膜覆蓋在該基片上，在紫外光照射下曝光，然后在顯影液中顯影，掩膜上的微流控圖形就被復(fù)制到光膠層上。室溫下用鉻膜刻蝕液(硫酸鈰∶高氯酸∶水＝50克∶15毫升∶300毫升)腐蝕裸露的鉻膜，高純水沖洗干凈后，烘干。光膠層上的微流控圖形被轉(zhuǎn)移到基片上。以氫氟酸溶液為刻蝕劑濕法刻蝕微通道圖形，通過(guò)控制刻蝕時(shí)間來(lái)控制微通道的刻蝕深度，此過(guò)程歷時(shí)幾分鐘到幾小時(shí)不等，得到橫截面為梯形的凹微通道。最后依次用丙酮和鉻膜刻蝕液除去基片上殘存的光膠層和鉻膜，用高純水沖洗干凈即得干凈透明的陰母模。
或者B、干法刻蝕陰母模在玻璃、石英或硅材質(zhì)的基片上涂上一層正光膠，低溫烘干后，將掩膜覆蓋在基片上，在紫外線照射下曝光，然后在顯影液中顯影，掩膜上的微流道圖形被復(fù)制到光膠層上。用活性CHF3等離子體刻蝕基片，基片上無(wú)膠圖形區(qū)會(huì)產(chǎn)生一定深度的凹通道或微結(jié)構(gòu)。最后用丙酮除去基片上殘存的光膠，用高純水沖洗干凈即得干凈透明的陰母模。
3、剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模的制作(如圖1和圖2所示)A、熱壓法制作剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模將市售剛性有機(jī)聚合物片2，按玻璃陰母模11的尺寸裁剪成多個(gè)小片，依次用乙醇、去離子水洗干凈，氮?dú)獯蹈?。將該有機(jī)聚合物片2與陰母模11以“三明治”夾心法夾在兩個(gè)表面拋光的厚鋁板3之間，整體放在熱壓裝置中，加熱。當(dāng)溫度高于有機(jī)聚合物的軟化溫度時(shí)，加壓并持續(xù)一段時(shí)間后，加壓條件下冷卻至室溫，脫模即可得到帶有凸形微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模22。
或者B、冷壓法制作PMMA陽(yáng)子模將市售剛性有機(jī)聚合物片2按玻璃陰母模11尺寸裁剪，依次用乙醇、去離子水洗干凈，氮?dú)獯蹈?。將該有機(jī)聚合物片2和陰母模11以“三明治”夾心法夾在兩個(gè)表面拋光的厚鋁板3之間，整體放在加壓裝置中，室溫下加壓450到2700psi，去除壓力后脫模即可得到帶有凸形微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模22。
4、高聚物微流控芯片基片的制作(如圖3所示)模塑法制作高聚物芯片基片向新蒸餾的高聚物單體、初步聚合或縮聚的預(yù)聚體中，加入適當(dāng)量的引發(fā)劑，真空脫氣后澆鑄于剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模22上，高溫聚合后，冷卻至室溫，剝離模板，得帶具有凹通道網(wǎng)絡(luò)的高聚物微流控芯片基片4(如圖4所示)。
5、高聚物微流控芯片的制作方法(如圖5所示)A單材質(zhì)高聚物微流控芯片的制作將與制作高聚物芯片基片4相同的預(yù)聚物真空脫氣后澆鑄于平板玻璃上，高溫聚合后，冷卻至室溫，剝離玻璃板，得高聚物蓋片41。在帶有微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高聚物芯片基片4的儲(chǔ)液池位置處機(jī)械打孔，將高聚物芯片基片4和高聚物蓋片41表面處理后，密封即得本發(fā)明的單材質(zhì)高聚物微流控芯片(圖5中由高聚物芯片基片4和高聚物蓋片41構(gòu)成的組合體)。根據(jù)材料的不同，可選用不同的處理方法和密封條件。
B高聚物雜化高聚物微流控芯片的制作蓋片41為市售、熱壓印或模塑法等方法制備的不同于帶有微通道網(wǎng)絡(luò)的基片材料的各種玻璃、石英或有機(jī)聚合物片。在帶有微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高聚物基片的儲(chǔ)液池置處機(jī)械打孔。將高聚物芯片基片4和高聚物蓋片41表面處理后，進(jìn)行密封即得本發(fā)明的雜化高聚物微流控芯片(圖5中由高聚物芯片基片4和高聚物蓋片41構(gòu)成的組合體)。根據(jù)所選材料的不同，可采用不同的處理方法和密封條件。


圖1為剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模制作過(guò)程示意圖；圖2為剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為高聚物微流控芯片基片4的制作示意圖；圖4為單材質(zhì)或雜化高聚物微流控芯片基片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明高聚物微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；其中有機(jī)聚合物片2 陰母模11 厚鋁板3剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模22高聚物芯片基片4高聚物蓋片具體實(shí)施方式
實(shí)施例1(1)掩模的制作用Adobe Illustrator 8.0軟件設(shè)計(jì)微流控芯片圖形，通過(guò)高分辨率的激光打印機(jī)制得光刻掩模。微通道網(wǎng)絡(luò)圖形區(qū)為透明透光區(qū)，非圖形區(qū)為黑色不透光區(qū)。
(2)濕法刻蝕玻璃陰母模將帶有微通道網(wǎng)絡(luò)的掩膜覆蓋在63mm×63mm×1.5mm的勻膠鉻板(鉻型LRC；鉻厚T145nm膠類正性感光膠；膠厚570nm)上，在紫外光照射下曝光210秒(波長(zhǎng)365nm)，顯影液中顯影80秒，去除鉻板上微通道網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的光膠。高純水將鉻板上殘余的顯影液沖洗干凈后，烘箱中100℃烘干半小時(shí)；室溫下用鉻膜刻蝕液(硫酸鈰∶高氯酸∶水＝50克∶15毫升∶300毫升)腐蝕微通道網(wǎng)絡(luò)處裸露的鉻膜120秒，然后用高純水沖洗干凈，烘干。通過(guò)數(shù)碼顯微鏡攝像，測(cè)得鉻板上的微通道寬度尺寸為60μm。用0.5M HF/0.5M NH4F刻蝕劑腐蝕通道網(wǎng)絡(luò)處裸露的玻璃，速率約為10μm/h，刻蝕2.5小時(shí)后，再依次用丙酮、鉻膜刻蝕液除去基片上殘余的光膠層和鉻膜，用高純水沖洗干凈即得帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的玻璃陰母模。通過(guò)輪廓儀測(cè)得凹微通道尺寸上底寬117μm，下底寬65μm，深度25μm。
(2)熱壓印方法制作PMMA陽(yáng)子模將市售剛性有機(jī)聚合物PMMA片材，裁剪成多個(gè)尺寸為63mm×63mm×2.0mm的小片，依次用乙醇、去離子水洗干凈，氮?dú)獯蹈?。將PMMA平板與陰母?！叭髦巍眾A心法夾在兩個(gè)表面拋光的厚鋁板間，整體置于熱壓裝置中。當(dāng)溫度高于PMMA的軟化溫度(106℃)，達(dá)到110～115℃時(shí)，加1.0～1.2MP壓力30～60s后，通水冷卻至室溫，脫模即可得到帶有凸微通道的PMMA陽(yáng)子模。連續(xù)上述操作100次，通過(guò)輪廓儀測(cè)得這些PMMA陽(yáng)子模的平均凸微通道尺寸上底寬66μm，下底寬120μm，高度25.2μm。由此可見(jiàn)，該方法具有較高的保真度，省去了多玻璃模板刻蝕的復(fù)雜過(guò)程。
(3)聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片的制作A 模塑法制作PDMS基片將PDMS單體(二甲基硅氧烷)與引發(fā)劑(Sylard184)以10∶1的重量比例混合，脫氣后澆鑄于50個(gè)PMMA陽(yáng)子模上，在65℃聚合1.5小時(shí)，冷卻至室溫，剝離模板，得無(wú)色透明PDMS基片。電鏡掃描測(cè)得這些PDMS基片上的平均凹微通道尺寸上底寬120.5μm，下底寬66.2μm，深度25.1μm。
B PDMS蓋片的制作將PDMS單體(二甲基硅氧烷)與引發(fā)劑(Sylard184)以10∶1的重量比例混合，脫氣后澆鑄于干凈的玻璃片上，在65℃聚合1.5小時(shí)，冷卻至室溫，剝離模板，得無(wú)色透明PDMS蓋片。
C 將帶有微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PDMS基片和平板PDMS蓋片裁剪成相同的尺寸。在基片的儲(chǔ)液池位置處用打孔器打直徑為5mm的圓柱孔，作為芯片儲(chǔ)液池。
D 將帶有微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PDMS基片和平板PDMS蓋片用無(wú)水乙醇清洗后，潔凈柜中吹干，于距6W低壓汞燈3cm處光照3小時(shí)。取出后，在1分鐘內(nèi)將兩片合攏，在平整的玻璃片上放置48h，即得到不可逆密封的PDMS微流控芯片。
實(shí)施例2(1)干法刻蝕玻璃陰母模將63mm×63mm×1.5mm的玻璃片用丙酮、高純水依次洗干凈后，烘干。用甩膠機(jī)在玻璃片上甩正性膠BP-213，90℃下預(yù)烘5分鐘。將事先做好的帶有微通道網(wǎng)絡(luò)的掩膜覆蓋在已涂膠的玻璃片上，紫外光照射曝光120秒(波長(zhǎng)365nm)，顯影液中顯影80秒，去除鉻板上微通道網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的光膠。用高純水將玻璃片上殘余的顯影液沖洗干凈后，烘箱中100℃烘半小時(shí)。用活性CHF3等離子體刻蝕玻璃片上無(wú)膠的微通道網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，玻璃片上就形成了凹形的微通道網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)輪廓儀測(cè)得凹微通道尺寸上底寬120μm，下底寬60μm，深度29.5μm。
(2)冷壓法制作PMMA陽(yáng)子模A 將市售剛性有機(jī)聚合物PMMA片材，裁剪成多個(gè)尺寸為63mm×63mm×2.0mm的小片，依次用乙醇、去離子水洗干凈，氮?dú)獯蹈?。將PMMA平板與陰母模“三明治”夾心法夾在兩個(gè)表面拋光的厚鋁板間，整體放在加壓裝置中，室溫下加壓2500psi，去除壓力后脫模，即可得到帶有凸形微通道網(wǎng)絡(luò)的PMMA陽(yáng)子模。連續(xù)上述操作100次，通過(guò)輪廓儀測(cè)得這些PMMA陽(yáng)子模的平均凸微通道尺寸上底寬60.3μm，下底寬120.1μm，高度29.5μm。
(3)制作PDMS/玻璃雜化芯片A 模塑法制作PDMS基片將PDMS單體(二甲基硅氧烷)與引發(fā)劑(Sylard184)以10∶1的重量比例混合，脫氣后澆鑄于50個(gè)PMMA陽(yáng)子模板上，在65℃聚合1.5小時(shí)，冷卻至室溫，剝離模板，得帶有凹形微通道網(wǎng)絡(luò)的無(wú)色透明PDMS基片。電鏡掃描測(cè)得這些PDMS基片上的平均凹微通道尺寸上底寬120.3μm，下底寬60.5μm，深度29.3μm。
B 將平板玻璃片裁剪成70mm×70mm的尺寸，先在重鉻酸鉀溶液中浸泡1小時(shí)，然后用去離子水沖洗干凈后，氮?dú)獯蹈伞?br> C 在帶有微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PDMS基片的儲(chǔ)液池位置處用打孔器打直徑為5mm的圓柱孔，作為芯片儲(chǔ)液池。先用丙酮超聲清洗5分鐘，再用去離子水沖洗干凈后，氮?dú)獯蹈?。于?W低壓汞燈3cm處光照3小時(shí)，取出后，在1分鐘內(nèi)將PDMS基片和平板玻璃合攏，置于平整的玻璃片上48h后即得到不可逆密封的PDMS/玻璃雜化芯片。
實(shí)施例3濕法刻蝕玻璃陰母模將帶有微通道網(wǎng)絡(luò)的掩膜覆蓋在勻膠鉻板(鉻型LRC；鉻厚T145nm膠類正性感光膠；膠厚570nm)上，紫外線照射曝光210秒(波長(zhǎng)365nm)，顯影液中顯影80秒，去除鉻板上微通道網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的光膠。高純水將鉻板上殘余的顯影液沖洗干凈后，烘箱中100℃烘干半小時(shí)；室溫下用鉻膜刻蝕液(硫酸鈰∶高氯酸∶水＝50克∶15毫升∶300毫升)腐蝕圖形處裸露的鉻膜，然后用高純水沖洗干凈，烘干。通過(guò)數(shù)碼顯微鏡攝像，測(cè)得鉻板上的微通道寬度尺寸為60μm。用0.5MHF/0.5M NH4F刻蝕劑腐蝕微通道區(qū)域裸露的玻璃，速率約為10μm/h，刻蝕2.5小時(shí)后，再依次用丙酮、鉻膜刻蝕液除去殘余光膠層和鉻膜，用高純水沖洗干凈即得帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的玻璃陰母模。通過(guò)輪廓儀測(cè)得凹微通道尺寸上底寬117μm，下底寬65μm，深度25μm。
(2)熱壓印方法制作PMMA陽(yáng)子模將市售剛性有機(jī)聚合物PMMA片材，裁剪成多個(gè)尺寸為63mm×63mm×2.0mm的片，依次用乙醇、去離子水洗干凈，氮?dú)獯蹈?。。將PMMA平板與陰母模“三明治”夾心法夾在兩個(gè)表面拋光的厚鋁板間，整體置于熱壓裝置中。當(dāng)溫度高于PMMA的軟化溫度(105℃)，達(dá)到110～115℃時(shí)，加1.0～1.2MP壓力30～60s后，通水冷卻至室溫，脫模即可得到帶有凸微通道的PMMA陽(yáng)子模。連續(xù)上述操作100次，通過(guò)輪廓儀測(cè)得這些PMMA陽(yáng)子模的平均凸微通道尺寸上底寬66μm，下底寬120μm，高度25.2μm。
(3)制作PDMS/PMMA芯片A 模塑法制作PDMS基片將PDMS單體(二甲基硅氧烷)與引發(fā)劑(Sylard184)以10∶1的重量比例混合，脫氣后分別澆鑄于50個(gè)PMMA陽(yáng)子模上，在60℃聚合2小時(shí)，冷卻至室溫，剝離模板，得帶有凹形微通道網(wǎng)絡(luò)的無(wú)色透明PDMS基片。電鏡掃描測(cè)得這些PDMS基片上的平均凹微通道尺寸上底寬120.5μm，下底寬66.2μm，深度25.1μm。
B 將平板PMMA片裁剪成與PDMS基片相同的尺寸，依次用乙醇、去離子水沖洗干凈后，氮?dú)獯蹈伞?br> C 在帶有微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PDMS基片的儲(chǔ)液池位置處用打孔器打直徑為5mm的圓柱孔，作為芯片儲(chǔ)液池。先用丙酮超聲清洗5分鐘，再用去離子水沖洗干凈后，氮?dú)獯蹈?。于?W低壓汞燈3cm處光照3小時(shí)，取出后，在1分鐘內(nèi)將PDMS基片和平板PMMA片，置于平整的玻璃片上48h后即得到不可逆密封的PDMS/PMMA雜化芯片。
權(quán)利要求
1.一種高聚物微流控芯片的制作方法，其特征在于，包括光刻蝕刻制陰母模、壓印復(fù)制多個(gè)剛性有機(jī)聚合物材料陽(yáng)子模和模塑復(fù)制高聚物微流控芯片三個(gè)步驟；所述的光刻蝕刻制陰母模的第一步驟為用濕法刻蝕或干法刻蝕在玻璃、石英和硅材質(zhì)的基片上制作帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模；所述的壓印復(fù)制剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的陽(yáng)子模第二步驟為使用第一步驟制得的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模采用熱壓或冷壓法復(fù)制出多個(gè)剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的陽(yáng)子模；所述的模塑法復(fù)制高聚物微流控芯片的第三步驟為使用第二步驟制得的剛性有機(jī)聚合物陽(yáng)子模作模板采用模塑法復(fù)制出具有與所述陰母模相同凹微通道網(wǎng)絡(luò)的高聚物微流控芯片基片，再在該高聚物微流控芯片基片的帶凹微通道網(wǎng)絡(luò)的表面上密封復(fù)合一平板蓋片，即制得本發(fā)明的高聚物微流控芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的高聚物微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述的第一步驟制得的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模為制作在玻璃、石英、硅或金屬基片上的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模。
3.如權(quán)利要求1所述的高聚物微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述的第二步驟制得的帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的陽(yáng)子模為制作在PMMA、聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯、或他們之間的任意一種共聚物材質(zhì)的基片上的具有高軟化溫度的帶有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)的陽(yáng)子模。
4.如權(quán)利要求1所述的高聚物微流控芯片的制作方法，其特征在于，所述的第三步驟制得的高聚物微流控芯片基片為具有低固化溫度且不與所述陽(yáng)子模發(fā)生反應(yīng)的帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的高聚物微流控芯片基片，該高聚物微流控芯片基片上的凹微通道網(wǎng)絡(luò)與所述陰母模上的凹微通道網(wǎng)絡(luò)相同。
5.如權(quán)利要求1所述的高聚物微流控芯片的制作方法，其特征在于，還包括放在所述第三步的第四步驟該第四步驟為對(duì)得到的高聚物微流控芯片進(jìn)行表面修飾或微通道填充。
全文摘要
本發(fā)明涉及的高聚物微流控芯片的制作方法，包括三個(gè)步驟先在玻璃、石英或硅基板上刻蝕制作帶有凹微通道網(wǎng)絡(luò)的陰母模；再由陰母模作模具批量壓制出多個(gè)具有凸微通道網(wǎng)絡(luò)的剛性有機(jī)聚合物材質(zhì)陽(yáng)子模；最后以該陽(yáng)子模為模板采用模塑法批量復(fù)制出與陰母模具有相同凹微通道網(wǎng)絡(luò)的高聚物微流控芯片基片，再在該高聚物微流控芯片基片的帶凹微通道網(wǎng)絡(luò)的表面上密封復(fù)合一平板蓋片，即制得本發(fā)明的高聚物微流控芯片；本方法首次將堅(jiān)固耐用的剛性有機(jī)聚合物材料用作模板材料，特別是一母模高保真復(fù)制多子模，確保了批量生產(chǎn)微通道芯片的高度重現(xiàn)性。為在環(huán)境污染物檢測(cè)、生物化學(xué)分析和臨床檢驗(yàn)中有巨大應(yīng)用潛力的一次性芯片的批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N35/00GK1700011SQ20041004271
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者林金明, 李海芳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心