本發(fā)明涉及微流控制造技術(shù)，屬于微制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速靈活地制備微流控芯片模板的方法。

背景技術(shù)：

微流控廣泛地服務(wù)于生物檢測(cè)、化學(xué)分析、醫(yī)療檢測(cè)、環(huán)境工程、食品工程等各個(gè)與我們生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。微流控作為一個(gè)新技術(shù)，在科研領(lǐng)域也有很多的應(yīng)用。在實(shí)際研發(fā)過程中，需要對(duì)微流控芯片的設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)地驗(yàn)證和修改。

軟刻蝕(soft lithography)是現(xiàn)如今最廣泛的微流控芯片制造技術(shù)。軟刻蝕技術(shù)首先要制造出相應(yīng)的模板，然后通過彈性體復(fù)制模板上的微結(jié)構(gòu)。制造模板的方法很多都是基于光刻工藝，一般可以直接用硅片上的光刻膠微結(jié)構(gòu)作模板，也可以繼續(xù)在硅片上刻蝕或者離子注入在硅片上形成微結(jié)構(gòu)作為模板。彈性體復(fù)制最常用的方法是PDMS(Polydimethylsiloxane，中文名：聚二甲基硅氧烷)模塑法，用PDMS在模板上固化即可精確地復(fù)制模板上的結(jié)構(gòu)，PDMS也被廣泛地應(yīng)用到微流控芯片的制造。

但是，光刻工藝首先要做掩膜版，精細(xì)的鉻掩膜版需要昂貴的設(shè)備和清潔的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，一般的實(shí)驗(yàn)室很難達(dá)到，而且定制掩膜版要在運(yùn)輸上消耗大量的時(shí)間。塑料掩膜雖然定制費(fèi)用便宜，但是精度不夠好。掩膜版的制造是限制了這種制造技術(shù)的應(yīng)用。

一種干的光刻膠薄膜被應(yīng)用于微流控芯片制造，不同于光刻膠在顯影前是可流動(dòng)的液體，光刻膠薄膜是一種固體的薄膜，也對(duì)紫外光敏感，可以用來制作模板，也可以用來直接制作微流控芯片。但是和光刻類似，這種工藝也需要首先制作掩膜版。(Y.-C.Tsai；H.-P.Jen；K.-W.Lin and Y.-Z.Hsieh.Fabrication of microfluidic devices using dry film photoresist for microchip capillary electrophoresis.J.Chromatogr.A 2006,1111,267-271.；K.Stephan；P.Pittet；L.Renaud；P.Kleimann；P.Morin；N.Ouaini and R.Ferrigno.Fast prototyping using a dry film photoresist:microfabrication of soft-lithography masters for microfluidic structures.J.Micromech.Microeng.2007,17,N69-N74.)

一種利用刻字機(jī)制作模板的方法，不需要掩膜版，直接用刻字機(jī)在不干膠或者過塑膜上直接進(jìn)行加工制作模板。但是，精度受到刻字機(jī)精度和材料的限制。(S.H.Jeong；K.Hjort and Z.G.Wu.Adhesive Transfer Soft Lithography:Low-Cost and Flexible Rapid Prototyping of Microfluidic Devices.Micro and Nanosystems 2014,6,42-49.；A.C.Glavan；R.V.Martinez；E.J.Maxwell；A.B.Subramaniam；R.M.D.Nunes；S.Soh and G.M.Whitesides.Rapid fabrication of pressure-driven open-channel microfluidic devices in omniphobic RF paper.Lab Chip2013,13,2922-2930.)

一種利用激光直接成型的方法，直接在玻璃板或者PMMA上加工出微流道。此方法由于是直接成型，不適合制作高深寬比的流道，而且流道壁表面粗糙。(M.-H.Yen；J.-Y.Cheng；C.-W.Wei；Y.-C.Chuang and T.-H.Young.Rapid cell-patterning and microfluidic chip fabrication by crack-free CO2laser ablation on glass.J.Micromech.Microeng.2006,16,1143-1153.；Y.Sun；Y.C.Kwok and N.-T.Nguyen.Low-pressure,high-temperature thermal bonding of polymeric microfluidic devices and their applications for electrophoretic separation.J.Micromech.Microeng.2006,16,1681-1688.)

一種利用激光打印機(jī)打印模板，但是精度受打印機(jī)的精度限制，且流道粗糙。(M.Abdelgawad；M.W.L.Watson；E.W.K.Young；J.M.Mudrik；M.D.Ungrin and A.R.Wheeler.Soft lithography:masters on demand.Lab Chip 2008,8,1379-1385.)

一種利用塑料熱成型加工微流控芯片，此方法適用于大批量制造，但是其精度受到模板和塑料熱變形的限制。(R.Novak；N.Ranu and R.A.Mathies.Rapid fabrication of nickel molds for prototyping embossed plastic microfluidic devices.Lab Chip 2013,13,1468-1471.)

總之，現(xiàn)有的各種微流控芯片的加工技術(shù)普遍存在精度、成本和加工周期不能兼顧的狀況。高精度的加工技術(shù)的成本也高，加工時(shí)間周期長(zhǎng)；加工時(shí)間周期短、低成本的加工技術(shù)的精度不夠高。

因此，需要開出一套高效率、高精度、低成本地加工微流控芯片模板的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種制備微流控芯片模板的方法，其通過激光直寫技術(shù)和光刻技術(shù)，快速靈活地加工微流控芯片模板，從而能降低芯片的加工成本，縮短芯片加工周期。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制備微流控芯片模板的方法，其包括如下步驟：

S1：將光刻膠涂覆在平面基底上，光刻膠的涂覆厚度為1微米～100微米；

S2：對(duì)涂覆在平面基底的光刻膠進(jìn)行前烘處理，以揮發(fā)掉光刻膠內(nèi)部的溶劑，從而使光刻膠固化而表面變得平整；

S3：將設(shè)計(jì)好的微流控芯片模板的圖案發(fā)送到紫外激光器中，紫外激光在紫外激光器中聚焦成一束光斑，根據(jù)設(shè)計(jì)好的圖案驅(qū)動(dòng)光斑移動(dòng)對(duì)步驟S2中覆蓋在基底上的光刻膠直接進(jìn)行曝光；

S4：清洗掉不需要的光刻膠，獲得微流控芯片模板。

以上發(fā)明構(gòu)思中，激光在激光器中聚焦形成激光光斑，該激光光斑精確的根據(jù)待制備的模板的形狀進(jìn)行來回移動(dòng)掃描，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光。不需要掩膜版，利用激光直寫直接在光刻膠上進(jìn)行高精度圖案化曝光。本發(fā)明方法結(jié)合激光直寫技術(shù)和光刻技術(shù)，可高效精確地制備出微流控芯片模板。

進(jìn)一步的，所述步驟S4中清洗掉不需要的光刻膠包括清洗掉正膠或者清洗掉負(fù)膠，在所述光刻膠為正膠時(shí)，通過顯影將曝光的光刻膠清洗掉；在所述光刻膠為負(fù)膠時(shí)，通過顯影將未曝光的光刻膠清洗掉。

進(jìn)一步的，在所述光刻膠為負(fù)膠時(shí)，在步驟S3和步驟S4之間執(zhí)行后烘處理，以使所述曝光充分，進(jìn)而保證顯影效果。

進(jìn)一步的，所述步驟S1中的平面基地為硅晶圓、玻璃或者不銹鋼。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

激光在激光器中聚焦形成激光光斑，該激光光斑精確的根據(jù)待制備的模板的形狀進(jìn)行來回移動(dòng)掃描，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，本發(fā)明方法結(jié)合激光直寫技術(shù)和光刻技術(shù)，可高效精確地制備出微流控芯片模板。相對(duì)于傳統(tǒng)的微流控芯片制備方法，本發(fā)明方法中設(shè)備的成本較低，加工周期縮短，并且不需要超凈間環(huán)境和專門的操作人員，生產(chǎn)成本更低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中微流控芯片模板的制備方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中PDMS澆注的流程示意圖；

圖3(a)、圖3(b)均為利用本發(fā)明方法制作的微流控芯片模板的實(shí)物圖，圖3(a)中為十字交叉型圖案，圖3(b)為直線型圖案，該實(shí)物圖是在顯微鏡下拍攝的照片，放大倍數(shù)為100倍。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供了一種制備微流控芯片模板的方法，其包括如下步驟：

S1：將光刻膠涂覆在平面基底上，光刻膠的涂覆厚度為1微米～100微米；

S2：對(duì)涂覆在平面基底的光刻膠進(jìn)行前烘處理，以揮發(fā)掉光刻膠內(nèi)部的溶劑，從而使光刻膠固化而表面變得平整；

S3：將設(shè)計(jì)好的微流控芯片模板的圖案發(fā)送到紫外激光器中，紫外激光在紫外激光器中聚焦成一束光斑，根據(jù)設(shè)計(jì)好的圖案驅(qū)動(dòng)光斑移動(dòng)對(duì)步驟S2中覆蓋在基底上的光刻膠直接進(jìn)行曝光；

S4：清洗掉不需要的光刻膠，獲得微流控芯片模板。

本發(fā)明的微流控芯片模板非常適用于進(jìn)一步的微流控芯片制作：得到模板后，用PDMS模塑法進(jìn)行微流控芯片的制作，將未固化的PDMS澆注到模板上，待PDMS固化后撕下PDMS即可得到微流控芯片。若需要得到閉合的管道，只需將PDMS管道用玻璃片通過表面處理鍵合起來。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明絕非僅局限于介紹的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所使用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。下述實(shí)施例中，芯片制作技術(shù)和使用方法均為微流控芯片領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)和方法。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中微流控芯片模板的制備方法的流程圖，如圖1所示，其主要包括如下步驟：

S1：首先用勻膠機(jī)在硅片，上旋涂一層負(fù)性光刻膠SU-8(生產(chǎn)公司為MicroChem，USA)，根據(jù)光刻膠的性質(zhì)，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速可以得到所需厚度的光刻膠，光刻膠的厚度為50微米。

S2：根據(jù)光刻膠的性質(zhì)以及旋涂的厚度，先放置在60-70℃的加熱臺(tái)上加熱5分鐘，然后放置在90-100℃加熱板上，根據(jù)光刻膠的厚度選擇合適的前烘時(shí)間進(jìn)行前烘處理，前烘時(shí)間為10-20min。

S3：待光刻膠冷卻至室溫的同時(shí)，將設(shè)計(jì)好的圖案發(fā)送至紫外激光器，用紫外激光器進(jìn)行選擇性圖案化曝光，激光光斑就會(huì)在光刻膠上掃描出設(shè)計(jì)的圖案。

S4：為了使光刻膠曝光后充分反應(yīng)以得到更好的性能，先放置在60-70℃加熱臺(tái)加熱1-2分鐘，然后在90-100℃加熱臺(tái)上加熱2-4分鐘。

S5:待光刻膠冷卻至室溫，用顯影液對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影，得到了微流控芯片模板。

S6：為了使光刻膠具有更好的機(jī)械性能，需要進(jìn)行后烘處理，將步驟S5獲得微流控芯片置于150-200℃下進(jìn)行烘烤。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中PDMS澆注的流程示意圖，如圖2所示，使用本發(fā)明的方法制作的微流控芯片模板制備微流控芯片的過程大致如下：

將未固化的PDMS澆注在用本發(fā)明制作的模板上，根據(jù)PDMS厚度的不同，放置于65-85℃烘箱里烘烤約20-40分鐘，將固化的PDMS揭下，即獲得帶結(jié)構(gòu)的微流控芯片。

如需得到封閉的管道，則將PDMS帶有結(jié)構(gòu)的一面和另一片載玻片同時(shí)進(jìn)行等離子處理，然后將PDMS有結(jié)構(gòu)的一面和處理過的載玻片壓在一起，擠走按壓過程產(chǎn)生的氣泡，放置于70-80℃烘箱里烘烤約10-20分鐘，PDMS即和載玻片鍵合完成形成閉合的管道。

實(shí)施例2

S1：首先用勻膠機(jī)在玻璃旋涂一層正性光刻膠AZ1505(生產(chǎn)公司為MicroChemicals，UK)，根據(jù)光刻膠的性質(zhì)，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速可以得到所需厚度的光刻膠，光刻膠的厚度為1微米，光刻膠為正膠。

S2：根據(jù)光刻膠的性質(zhì)以及旋涂的厚度，放置在95-105℃加熱板上，選擇合適的前烘時(shí)間進(jìn)行前烘處理，前烘時(shí)間為40-60秒。

S3：待光刻膠冷卻至室溫的同時(shí)，將設(shè)計(jì)好的圖案發(fā)送至紫外激光器，用紫外激光器進(jìn)行選擇性曝光，激光光斑就會(huì)在光刻膠上掃描出設(shè)計(jì)的圖案。

S4:待光刻膠冷卻至室溫，用顯影液對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影，得到了微流控芯片模板。

實(shí)施例3

S1：首先用勻膠機(jī)在石英上旋涂一層負(fù)性光刻膠SU-8(生產(chǎn)公司為MicroChem，USA)，根據(jù)光刻膠的性質(zhì)，調(diào)節(jié)勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速可以得到所需厚度的光刻膠，光刻膠的厚度為100微米。

S2：根據(jù)光刻膠的性質(zhì)以及旋涂的厚度，先放置在60-70℃加熱板上加熱3-5分鐘，然后放置在90-100℃加熱板上，選擇合適的前烘時(shí)間進(jìn)行前烘處理，前烘時(shí)間為20-30min。

S3：待光刻膠冷卻至室溫的同時(shí)，將設(shè)計(jì)好的圖案發(fā)送至紫外激光器，用紫外激光器進(jìn)行選擇性曝光，激光光斑就會(huì)在光刻膠上掃描出設(shè)計(jì)的圖案。

S4：為了使光刻膠曝光后充分反應(yīng)以得到更好的性能，先放置在60-70℃加熱臺(tái)加熱1-2分鐘，然后在90-100℃加熱臺(tái)上加熱4-5分鐘。S5:待光刻膠冷卻至室溫，用SU-8顯影液對(duì)光刻膠進(jìn)行顯影，就得到了微流控芯片模板。

S5：為了使光刻膠有更好的機(jī)械性能，可以在高溫150-200℃進(jìn)行硬烘一段時(shí)間，該時(shí)間為15-30min。

圖3(a)、圖3(b)均為利用本發(fā)明方法制作的微流控芯片模板的實(shí)物圖，圖3(a)中為十字交叉型圖案，圖3(b)為直線型圖案，該實(shí)物圖是在顯微鏡下拍攝的照片，放大倍數(shù)為100倍。由圖可知，采用本發(fā)明方法制備的微流控芯片模板具有加工流程快速靈活，適合于原型設(shè)計(jì)驗(yàn)證需要多次修改的優(yōu)點(diǎn)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。