一種過(guò)濾芯片及其加工制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種過(guò)濾芯片，同時(shí)還涉及過(guò)濾芯片的制作方法，屬于環(huán)境、食品、化工和醫(yī)藥等領(lǐng)域。該芯片包括具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的襯底、上蓋、正向進(jìn)樣口、正向出樣口、反向回沖進(jìn)樣口、反向回沖出樣口，芯片一側(cè)由近及遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾結(jié)構(gòu)相連通的反向回沖出樣口、正向進(jìn)樣口，芯片另一側(cè)由近及遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾結(jié)構(gòu)相連通的正向出樣口、反向回沖進(jìn)樣口，所述過(guò)濾結(jié)構(gòu)由一系列具有間隙呈柱狀陣列的微納柱體組成的，分為內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)，具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的襯底和上蓋通過(guò)襯底上未刻蝕部分牢固綁定在一起。本發(fā)明回收率高、可承受高流速、成本低、適于大規(guī)模量產(chǎn)，可廣泛用于水、食品及微生物領(lǐng)域微顆粒的過(guò)濾和濃縮。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種過(guò)濾芯片及其加工制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微納過(guò)濾濃縮芯片及其微納加工制作方法，屬于環(huán)境、食品、化工 和醫(yī)藥等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 微納過(guò)濾器作為常見(jiàn)的過(guò)濾膜，廣泛應(yīng)用于飲用水中微生物分析、葡萄酒和果汁 的無(wú)菌過(guò)濾及無(wú)菌藥物篩選等領(lǐng)域。按照工作模式，微納過(guò)濾器可分為死端過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò) 濾。死端過(guò)濾是將待過(guò)濾樣置于過(guò)濾器正上方，在壓力差的推動(dòng)下，大于過(guò)濾器典型孔徑 尺寸的顆粒被截留在膜上。這種過(guò)濾器隨著時(shí)間推移，顆粒易在膜表面形成堵塞，使得過(guò)濾 阻力增加。錯(cuò)流過(guò)濾模式在膜表面產(chǎn)生兩種分力，垂直于流向的法向力使得樣品通過(guò)過(guò)濾 間隙，沿著流向的切向力使得截留顆粒物較均勻散開(kāi)，這種過(guò)濾膜不易產(chǎn)生濃度極化和結(jié) 垢問(wèn)題。當(dāng)前微納過(guò)濾器的主要制作方法包括硅面型微加工方法、相分離微成型方法和孔 徑陣列光刻方法。這些方法的問(wèn)題和不足在于：脫模時(shí)存在塌陷或破損等問(wèn)題，過(guò)濾器強(qiáng)度 低、成本高、產(chǎn)率低。
[0003] 微納過(guò)濾器的一種典型應(yīng)用是用于水中顆粒物的過(guò)濾濃縮，如水源性寄生蟲(chóng)卵隱 孢子蟲(chóng)和賈第鞭毛蟲(chóng)。目前，飲用水中隱孢子寄生蟲(chóng)和賈第鞭毛寄生蟲(chóng)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法為 美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（USEPA)制定的EPA1623方法。EPA1623方法主要包括過(guò)濾和洗提、 濃縮和分離、免疫熒光標(biāo)記和熒光顯微鏡分析等步驟。該方法技術(shù)成熟、認(rèn)可度高，但也有 其局限性：耗時(shí)3-7天、成本高、步驟繁瑣，且易受水中藻類(lèi)的交叉反應(yīng)影響，回收率不高。 EPA1623方法所用高分子過(guò)濾器由于制作工藝的限制，無(wú)法承受高流速，無(wú)法對(duì)于所截留得 微生物進(jìn)行自動(dòng)回收,必須手動(dòng)振蕩并洗脫，回收率低、成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的弊端，提出一種過(guò)濾芯片，同時(shí)還給 出過(guò)濾芯片的制作方法，
[0005] 為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是使得過(guò)濾芯片包括具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的 襯底、上蓋、正向進(jìn)樣口、正向出樣口、反向回沖進(jìn)樣口、反向回沖出樣口，芯片一側(cè)由近及 遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾結(jié)構(gòu)相連通的反向回沖出樣口、正向進(jìn)樣口，芯片另一側(cè)由近及 遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾結(jié)構(gòu)相連通的正向出樣口、反所述過(guò)濾結(jié)構(gòu)由一系列具有間隙呈 柱狀陣列的微納柱體組成的，分為內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)，具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的襯底和上蓋 通過(guò)襯底上未刻蝕部分的固定柱牢固綁定在一起。
[0006] 具體地說(shuō)內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)的間隙為非均勻設(shè)計(jì)；所述微納柱體可為方 形、圓柱形、梯形形狀、類(lèi)雨滴形狀，或其他各種類(lèi)似形狀；
[0007] 進(jìn)一步地，內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)間隙的大小呈錯(cuò)開(kāi)排列；所述襯底是硅或玻 3? 〇
[0008] 本發(fā)明的過(guò)濾芯片的制作方法，包括以下步驟：
[0009] 第一步、先制作出具有單分子防粘層的有微納間隙的軟模板；
[0010] 第二步、在襯底上旋涂過(guò)渡膠層然后再涂上壓印光刻膠層，制成基片；
[0011] 第三步、將軟模板和基片上的壓印光刻膠層對(duì)準(zhǔn)，將軟膜板上圖案轉(zhuǎn)移到壓印膠 上，形成由壓印光刻膠構(gòu)成的微納柱；
[0012] 第四步、采用反應(yīng)離子刻蝕工藝依次去除微納柱之間的壓印光刻膠層殘余及微納 柱之間的壓印光刻膠層殘余下面的過(guò)渡層，露出襯底；
[0013] 第五步、采用電子束蒸發(fā)工藝在樣品表面蒸鍍金屬薄層，并利用丙酮溶液清洗基 底表面的過(guò)渡膠層及其上的壓印膠層和金屬薄層從而剩下襯底表面的金屬薄層作為掩膜 層；
[0014] 第六步、利用金屬薄層作為掩膜，采用電感耦合等離子體刻蝕工藝刻蝕襯底，而后 采用清洗液祛除掩膜層，在襯底上獲得對(duì)應(yīng)的圖案和結(jié)構(gòu)。
[0015] 進(jìn)一步地所述的過(guò)濾芯片的制作方法，所述金屬薄層所用金屬是鎳。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：這種微納過(guò)濾芯片回收率高、可承受高流速、成本低、適于 大規(guī)模量產(chǎn)，可廣泛用于水、食品及微生物領(lǐng)域微顆粒的過(guò)濾和濃縮。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】：
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0019] 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0020] 圖3是過(guò)濾微結(jié)構(gòu)截面圖一；
[0021] 圖4是過(guò)濾微結(jié)構(gòu)截面圖二；
[0022] 圖5是過(guò)濾微結(jié)構(gòu)截面圖三；
[0023] 圖6是過(guò)濾微結(jié)構(gòu)截面圖四；
[0024] 圖7是壓印制作工藝示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。
[0026] 本實(shí)施例的過(guò)濾芯片裝置如圖1-6所示，包括具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)5和9的硅制成的襯 底15、玻璃上蓋16、正向進(jìn)樣口 1、正向出樣口 3、反向回沖進(jìn)樣口 4、反向回沖出樣口 2,芯 片一側(cè)由近及遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾結(jié)構(gòu)相連通的反向回沖出樣口 2、正向進(jìn)樣口 1，芯 片另一側(cè)由近及遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾結(jié)構(gòu)相連通的正向出樣口 3、反向回沖進(jìn)樣口 4， 所述過(guò)濾結(jié)構(gòu)5和9由一系列陣列排列的微納柱體17組成的，分為內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)5和外過(guò)濾 結(jié)構(gòu)9,具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的襯底和上蓋通過(guò)襯底上的分布于內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)內(nèi)部的固定柱13和外 過(guò)濾結(jié)構(gòu)外部的固定柱14綁定在一起。13和14為芯片中未刻蝕區(qū)域，為流樣提供導(dǎo)引，同 時(shí)增大綁定接觸面積，提高芯片抗壓性能。芯片工作時(shí)，待過(guò)濾濃縮大體積樣從1進(jìn)入，過(guò) 濾后潔凈水樣從3流出。過(guò)濾時(shí)，流樣中處于內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)6 (間隙大于粒子直徑）附近的粒 子可從此處大間隙離開(kāi)，并被外圍過(guò)濾結(jié)構(gòu)1〇(間隙小于粒子直徑）所俘獲。處于內(nèi)過(guò)濾 結(jié)構(gòu)7的粒子直接被俘獲（間隙小于粒子直徑）。其他位置處粒子俘獲原理依次類(lèi)推。粒 子被俘獲后，用少量的去離子水從4反向回沖芯片，所俘獲的粒子即被釋放，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾濃縮 目的。
[0027] 具體地說(shuō)內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)5和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)9的間隙為非均勻設(shè)計(jì)；所述微納柱體17可 為方形、圓柱形、梯形形狀、類(lèi)雨滴形狀，或其他各種類(lèi)似形狀；
[0028] 進(jìn)一步地，內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)5和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)9中微納柱體17間間隙的大小呈錯(cuò)開(kāi)排 列；如內(nèi)過(guò)濾層的6為大間隙，外過(guò)濾層的10為小間隙；內(nèi)過(guò)濾層的7為小間隙，外過(guò)濾層 的11為大間隙；內(nèi)過(guò)濾層的8為大間隙，外過(guò)濾層的12為小間隙。
[0029] 如圖7所示，制作過(guò)濾芯片按以下步驟進(jìn)行：
[0030] 第一步、先制作出表面具有單分子防粘層的有彈性支撐層、硬質(zhì)結(jié)構(gòu)層、有微納間 隙圖案的軟模板23 ;
[0031] 第二步、在硅襯底15上旋涂過(guò)渡膠層PMMA層22然后再涂上壓印光刻膠層UV層 21，制成基片；
[0032] 第三步、將軟模板和基片的UV層對(duì)準(zhǔn)將軟膜板上圖案轉(zhuǎn)移到壓印膠上，形成由壓 印光刻膠構(gòu)成的微納柱；
[0033] 第四步、采用反應(yīng)離子刻蝕工藝依次去除微納柱之間的UV層殘余及微納柱之間 的UV層殘余下面的PMMA層，露出襯底；
[0034] 第五步、采用電子束蒸發(fā)工藝在樣品表面蒸鍍金屬鎳25,并利用丙酮溶液清洗基 底表面的UV層及其上的壓印膠和金屬鎳，從而剩下襯底表面的金屬鎳作為掩膜層；
[0035] 第六步、利用金屬鎳作為掩膜，采用電感耦合等離子體刻蝕工藝刻蝕襯底，而后采 用清洗液祛除掩膜層，在襯底上獲得對(duì)應(yīng)的圖案和結(jié)構(gòu)。
[0036] 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要 求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種過(guò)濾芯片，其特征是：所述芯片包括具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的襯底、上蓋、正向進(jìn)樣口、 正向出樣口、反向回沖進(jìn)樣口、反向回沖出樣口，芯片一側(cè)由近及遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾 結(jié)構(gòu)相連通的反向回沖出樣口、正向進(jìn)樣口，芯片另一側(cè)由近及遠(yuǎn)依次排列著分別與過(guò)濾 結(jié)構(gòu)相連通的正向出樣口、反向回沖進(jìn)樣口，所述過(guò)濾結(jié)構(gòu)由一系列具有間隙呈柱狀陣列 的微納柱體組成的，分為內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)，具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)的襯底與上蓋通過(guò)襯底 上的未刻蝕部分牢固綁定在一起。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種過(guò)濾芯片，其特征是：內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)的間隙為 非均勻設(shè)計(jì)，且內(nèi)過(guò)濾結(jié)構(gòu)和外過(guò)濾結(jié)構(gòu)間隙的大小呈錯(cuò)開(kāi)排列。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種過(guò)濾芯片，其特征是：所述微納柱體可為方形、圓柱形、梯 形形狀、類(lèi)雨滴形狀，或其他各種類(lèi)似形狀。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種過(guò)濾芯片，其特征是：所述襯底是硅或玻璃。
5. -種過(guò)濾芯片的制作方法，其特征是包括以下步驟： 第一步、先制作出具有單分子防粘層的有微納間隙的軟模板； 第二步、在襯底上旋涂過(guò)渡膠層然后再涂上壓印光刻膠層； 第三步、將軟模板和襯底上的壓印光刻膠層對(duì)準(zhǔn)，將軟膜板上圖案轉(zhuǎn)移到壓印膠上，形 成由壓印光刻膠構(gòu)成的微納柱； 第四步、采用反應(yīng)離子刻蝕工藝依次去除微納柱之間的壓印光刻膠層殘余及微納柱之 間的壓印光刻膠層殘余下面的過(guò)渡層，露出襯底； 第五步、采用電子束蒸發(fā)工藝在樣品表面蒸鍍金屬薄層，并利用丙酮溶液清洗基底表 面的過(guò)渡膠層及其上的壓印光刻膠層和金屬薄層從而剩下襯底表面的金屬薄層作為掩膜 層； 第六步、利用金屬薄層作為掩膜，采用電感耦合等離子體刻蝕工藝刻蝕襯底，而后采用 清洗液祛除掩膜層，在襯底上獲得對(duì)應(yīng)的圖案和結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種過(guò)濾芯片的制作方法，其特征是：所述金屬薄層所用金屬 是鎮(zhèn)。
【文檔編號(hào)】B01D29/58GK104083930SQ201410318034
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】黃偉, 李豐, 楊立梅, 張巍巍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所