專利名稱：硅橡膠復(fù)合型微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PDMS(硅橡膠)復(fù)合型微流控芯片的制作方法，利用微復(fù)制技術(shù)將玻璃模板上的微通道圖案(負(fù)性)復(fù)制到硅橡膠片上，作為微復(fù)制模板(正性)。該模板再用于復(fù)制PDMS芯片(負(fù)性)，然后與其它材料(如玻璃，PDMS)實(shí)現(xiàn)永久性粘合，得到復(fù)合芯片。屬于加工制作技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微流控分析(Microfluidic analysis)又稱為芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on a chip)，是20世紀(jì)90年代在分析化學(xué)領(lǐng)域迅速崛起的一種微分離分析方法。它是利用微加工技術(shù)，在石英、玻璃和高分子材料基體上刻蝕微通道和操作單元，將樣品處理、進(jìn)樣、分離和檢測(cè)等過程的全部操作集中于一個(gè)幾平方厘米芯片上完成。這種以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，以生命科學(xué)為主要應(yīng)用對(duì)象，作為分析系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)器件、化學(xué)及生物化學(xué)工具正在發(fā)揮愈來愈多的作用，是當(dāng)前微型全分析系統(tǒng)(μ-TAS)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。由于體積縮小，不僅使試劑、樣品消耗量較常規(guī)的分析方法減少幾千倍，還可使分析速度提高幾十倍，因此具有十分誘人的商業(yè)前景。大多數(shù)微流控系統(tǒng)制作在玻璃和氧化硅基片上，采用在微電子工業(yè)上廣泛應(yīng)用的光刻蝕技術(shù)。然而光刻蝕過程復(fù)雜、耗時(shí)，需要昂貴的專用設(shè)備和潔凈設(shè)施，且材料易碎，不能滿足目前對(duì)微器件日益增多的需要。因此，應(yīng)進(jìn)一步探索價(jià)廉耐用的材料和快速簡(jiǎn)便的微制作技術(shù)以利于微流控系統(tǒng)的普及與發(fā)展。
軟刻蝕技術(shù)(Soft lithography)是近年來新興的微結(jié)構(gòu)制作技術(shù)，它提供了一種方便、有效且低成本的微米、納米尺寸微結(jié)構(gòu)的制作方法，在傳感器、生物技術(shù)及生化分析、MEMS(微加工)系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。在軟刻蝕技術(shù)中，基于軟材料PDMS的微制作技術(shù)是最受關(guān)注的熱點(diǎn)之一，PDMS具有價(jià)廉、良好的力學(xué)和光學(xué)性質(zhì)以及生物相容性等特點(diǎn)，將成為μ-TAS(微全分析)極具前景的制作材料之一。在已有文獻(xiàn)報(bào)道中，PDMS基芯片模板的制作幾乎都是由常規(guī)光刻法、硅感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)，電鑄工藝制得具有凸形圖案的板材，因此仍需要依賴于光刻和鍵合專用設(shè)備。而近來出現(xiàn)的以PMMA(聚丙烯酸甲酯)熱壓法、導(dǎo)線印模、打印機(jī)打印技術(shù)等模板制作方法得到的芯片，通道內(nèi)表面粗糙、形狀不規(guī)則、分離效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前PDMS芯片制作中存在的問題，提供一種硅橡膠復(fù)合型微流控芯片的制作方法，不需要復(fù)雜的儀器及嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件，制得的芯片模板微通道保真度高，壽命長(zhǎng)，能批量生產(chǎn)，利于推廣。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先利用光刻蝕技術(shù)將掩模板上微通道圖形轉(zhuǎn)移到涂有光刻膠的玻璃基片上，并通過濕法刻蝕，獲得有微通道凹圖形的玻璃模板，再將硅橡膠與熟化劑按比例混合，利用微復(fù)制技術(shù)將玻璃模板上的微通道圖形，通過兩次復(fù)制，轉(zhuǎn)移到硅橡膠片上，然后將硅橡膠片與玻璃片粘合，完成硅橡膠型微流控分析復(fù)合芯片的制作。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、玻璃模板的制備首先，利用光刻蝕技術(shù)將掩膜板上微通道圖形轉(zhuǎn)移到玻璃基片的光膠層上，用Cr刻蝕液除去玻璃基片圖形上的Cr層，在室溫下以玻璃刻蝕液濕法刻蝕玻璃通道，制得有微通道凹圖形的玻璃模板。
2、硅橡膠模板的復(fù)制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到有微通道凹圖形的玻璃模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時(shí)。然后，把硅橡膠片從玻璃模板上剝下來，獲得具有凸圖形的硅橡膠模板。
3、硅橡膠片的復(fù)制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到具有凸圖形的硅橡膠模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時(shí)。然后，把硅橡膠片從具有凸圖形的硅橡膠模板上剝下來，獲得具有凹圖形的硅橡膠片。
4、復(fù)合芯片的制作
將上述具有微通道凹圖形的硅橡膠片清洗、干燥，經(jīng)紫外光照1-4小時(shí)后，貼在玻璃片上，在60-130攝氏度下保溫4-12小時(shí)，實(shí)現(xiàn)硅橡膠與玻璃片的永久性粘合，完成復(fù)合芯片的制作。
本發(fā)明充分利用硅橡膠的優(yōu)良性能，利用硅橡膠為中介材料，通過兩次復(fù)制，將以激光照排和濕法刻蝕得到的玻璃模板上的微通道凹圖形，轉(zhuǎn)移到硅橡膠片上，完成硅橡膠復(fù)合型微流控芯片的制作。本發(fā)明不需要復(fù)雜的儀器及嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件，就可以制得多樣化的芯片模板，與利用硅感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕技術(shù)或電鑄工藝等獲得微復(fù)制模板相比，具有易加工、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)周期短、微通道保真度高、能批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。而且，前兩步制作的模板都有很好的穩(wěn)定性，可以重復(fù)使用，大大提高了模板的使用壽命。更重要的是制得的芯片，分辨率高，應(yīng)用前景廣闊。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1(1)玻璃模板的制備用Adobe Illustrator 8.0軟件設(shè)計(jì)出十字或雙T形狀的通道圖案，然后用高分辨激光照排機(jī)(SIGMA SETTER，5080dpi，Heidelberg)在照相底片上制得光刻掩膜，然后將覆蓋著光掩膜的感光玻璃板(AZ1805，長(zhǎng)沙韶光微電子總公司)在光刻機(jī)(Suss MJB3 UV400，德國(guó)Karl-Suss公司)上曝光50秒，在質(zhì)量濃度0.5％的氫氧化鈉中定影30秒，在Cr刻蝕液(Ce(NH4)2(NO3)6∶98％醋酸∶超純水＝200g∶35mL∶1000mL)中除鉻35秒，然后用0.3mol/L玻璃刻蝕液(HF∶NH4F＝1∶1)采用濕法刻蝕50分鐘，最后取出用超純水沖洗，就可獲得有凹圖形的玻璃模板。
(2)硅橡膠模板的制作將硅橡膠(PDMS)預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與熟化劑(V-3040B)按10∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到玻璃模板上，在65攝氏度下熟化1.5小時(shí)后，將其從模板上揭下，即可制得有凸形硅橡膠模板。
(3)復(fù)合型硅橡膠芯片的制作依照上一步，在硅橡膠模板上進(jìn)行再?gòu)?fù)制，得到有凹紋的硅橡膠片。將復(fù)制的硅橡膠片用丙酮，水清洗干凈后，置于低壓汞燈(6mW)下照射2小時(shí)。然后將其貼在干凈的玻璃片(或載物片)上面，在100攝氏度下烘6小時(shí)，實(shí)現(xiàn)永久性粘合。
實(shí)施例2(1)玻璃模板的制備按實(shí)施例1中的方法制備玻璃模板(2)硅橡膠模板的制作將硅橡膠(PDMS)預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與熟化劑(V-3040B)按9∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到玻璃模板上，在65攝氏度下熟化2小時(shí)后，將其從模板上揭下，即可制得有凸形硅橡膠模板。
(3)依照上一步，在硅橡膠模板上進(jìn)行再?gòu)?fù)制，得到有凹紋的硅橡膠片。將復(fù)制的硅橡膠片用丙酮，水清洗干凈后，置于低壓汞燈(6mW)下照射4小時(shí)。然后將其貼在干凈的玻璃片(或載物片)上面，在80攝氏度下烘8小時(shí)，實(shí)現(xiàn)永久性粘合。
實(shí)施例3(1)玻璃模板的制備按實(shí)施例1中的方法制備玻璃模板(2)硅橡膠模板的制作將硅橡膠(PDMS)預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與熟化劑(V-3040B)按9∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到玻璃模板上，在65攝氏度下熟化3小時(shí)后，將其從模板上揭下，即可制得有凸形硅橡膠模板。
(3)依照上一步，在硅橡膠模板上進(jìn)行再?gòu)?fù)制，得到有凹紋的硅橡膠片。將復(fù)制的硅橡膠片用丙酮，水清洗干凈后，置于低壓汞燈(6mW)下照射5小時(shí)。然后將其貼在干凈的玻璃片(或載物片)上面，在60攝氏度下烘10小時(shí)，實(shí)現(xiàn)永久性粘合。
權(quán)利要求
1.一種硅橡膠復(fù)合型微流控芯片的制作方法，其特征在于包括如下步驟1)玻璃模板的制備首先，利用光刻蝕技術(shù)將掩膜板上微通道圖形轉(zhuǎn)移到玻璃基片的光膠層上，用Cr刻蝕液除去玻璃基片圖形上的Cr層，在室溫下以玻璃刻蝕液濕法刻蝕玻璃通道，制得有微通道凹圖形的玻璃模板；2)硅橡膠模板的復(fù)制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到有微通道凹圖形的玻璃模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時(shí)。然后，把硅橡膠片從玻璃模板上剝下來，獲得具有凸圖形的硅橡膠模板；3)硅橡膠片的復(fù)制將硅橡膠與熟化劑按10∶1到15∶1比例混合，澆鑄到具有凸圖形的硅橡膠模板上，在60-100攝氏度下熟化1-3小時(shí)。然后，把硅橡膠片從具有凸圖形的硅橡膠模板上剝下來，獲得具有凹圖形的硅橡膠片；4)復(fù)合芯片的制作將上述具有微通道凹圖形的硅橡膠片清洗、干燥，經(jīng)紫外光照1-4小時(shí)后，貼在玻璃片上，在60-130攝氏度下保溫4-12小時(shí)，實(shí)現(xiàn)硅橡膠與玻璃片的永久性粘合，完成復(fù)合芯片的制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅橡膠復(fù)合型微流控芯片的制作方法，首先利用光刻蝕技術(shù)將掩模板上微通道圖形轉(zhuǎn)移到涂有光刻膠的玻璃基片上，并通過濕法刻蝕，獲得有微通道凹圖形的玻璃模板，再將硅橡膠與熟化劑按比例混合，利用微復(fù)制技術(shù)將玻璃模板上的微通道圖形，通過兩次復(fù)制，轉(zhuǎn)移到硅橡膠片上，然后將硅橡膠片與玻璃片粘合，完成硅橡膠型微流控分析復(fù)合芯片的制作。本發(fā)明不需要復(fù)雜的儀器及嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件，就可以制得多樣化的芯片模板，具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)周期短、微通道保真度高、能批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，制得的芯片，分辨率高，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)G01N31/00GK1811426SQ20051011123
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者任吉存, 曲曉峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)