一種基于光敏樹脂固化成型的pdms微流控芯片制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微流控芯片的制備方法，特別是一種基于光敏樹脂固化成型的PDMS微流控芯片制備方法，屬于微流控芯片領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片又稱為芯片實(shí)驗(yàn)室，是微全分析系統(tǒng)的重要分支，通過微細(xì)加工技術(shù)將微管道、微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件、窗口和連接器等功能器件像集成電路一樣集成在一塊幾平方厘米的芯片材料(基片)上，進(jìn)而制作各種微流控功能器件，如微泵、微閥、微反應(yīng)器、微過濾器等，用于控制流體運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)一定的生物化學(xué)分析功能。
[0003]目前用于微流控芯片加工的材料主要包括單晶硅片、玻璃、石英和各種有機(jī)聚合物等，硅具有良好的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性，但卻存在著易碎、價格偏高、不透光等缺點(diǎn)，因此在微流控芯片的應(yīng)用中受到限制；玻璃和石英材料雖然具有很好的電滲性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，可采用標(biāo)準(zhǔn)的蝕刻工藝加工，但加工成本較高，封接難度較大。近年來，PDMS等聚合物材料因其具有成本低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，加入固化劑后易制得具有模具結(jié)構(gòu)的微流道，同時便于加工和封裝，正逐漸成為應(yīng)用最廣泛的聚合物材料。
[0004]20世紀(jì)90年代末產(chǎn)生了一種新的微圖形復(fù)制技術(shù)，該技術(shù)用彈性模代替了光刻中使用的硬模產(chǎn)生微形狀和微結(jié)構(gòu)，被稱為軟光刻技術(shù)，后來，軟光刻泛指非傳統(tǒng)光刻工藝制作陽模的工藝。軟光刻工藝是一類將為圖形轉(zhuǎn)印到一個基底表面上的工藝集合，軟光刻的關(guān)鍵是制備彈性模印章，但這種工藝十分依賴光刻類微加工，要獲得所需的微通道，需要首先利用光刻工藝構(gòu)建出相應(yīng)圖形的陽模或模板，通過澆鑄可固化的聚合物，或者通過熱壓膜或壓紋工藝，使該聚合物的表面圖形化。軟光刻技術(shù)制備PDMS微流控芯片陽模的方法主要包括:精密機(jī)械加工法、掩模光刻法、激光直接成型法、光刻掩模液膜法、打印掩模液模法、固體印刷法、石墨打印法、打印收縮法、刻蝕銅板模具法、石蠟打印法、微噴射液膜法。但是這些方法仍有許多局限性，存在著制備過程繁瑣、設(shè)備成本高等問題。例如精密機(jī)械加工法需要昂貴的精密加工設(shè)備，同時轉(zhuǎn)印過程中高聚物與鋁材結(jié)合面容易變形。激光直接成型法需要昂貴的飛秒激光器，并且難以實(shí)現(xiàn)大面積的PDMS微結(jié)構(gòu)制作。以石墨打印法制備PDMS陽模的方法中存在著微流道邊緣與表面較粗糙的缺點(diǎn)。微噴射液膜法制備的微流控芯片存在基底需要進(jìn)行親水處理的復(fù)雜步驟，同時微流控芯片液體陽模只能利用一次，無法多次使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有微流控芯片制備方法具有制備過程復(fù)雜，設(shè)備要求高、成本大，基底需要親疏水處理，難以制備光滑流道表面等缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種簡單，流道表面光滑，基底不需要進(jìn)行親疏水處理，且微流控芯片陽?？梢远啻卫玫腜DMS微流控芯片制備方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于光敏樹脂固化成型的PDMS微流控芯片制備方法，采用液滴微噴射技術(shù)來制備PDMS微流控芯片所需固體陽模，采用液滴微噴射法將UV膠按所需陽模形狀微噴射到經(jīng)過潔凈處理的蓋玻片基底上，形成液體陽模，然后將液體陽模置于紫外光下進(jìn)行固化，得到微流控芯片固體陽模，接著將PDMS液體沉積到微流控芯片固體陽模上，固化處理后，將固化的PDMS彈性體與蓋玻片分離，得到PDMS微流控芯片負(fù)模，經(jīng)過打孔、清洗工藝后將PDMS微流控芯片負(fù)模與潔凈的玻璃基底進(jìn)行鍵合，即制得PDMS微流控芯片。
[0007]具體包括以下步驟:
[0008]第I步、PDMS微流控芯片固體陽模的制備
[0009]1.1對蓋玻片基底進(jìn)行潔凈處理；
[0010]1.2制備內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴；
[0011]1.3驅(qū)動內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴，將UV膠按所需陽模形狀微噴射到潔凈處理的蓋玻片基底上，從而制得液體陽模；
[0012]1.4將制備有液體陽模的蓋玻片基底置于紫外光下進(jìn)行固化，即可制得PDMS微流控芯片固體陽模；
[0013]第2步、PDMS微流控芯片的制備
[0014]2.1向制得的PDMS微流控芯片液體陽模上均勻、緩慢沉積PDMS液體，待PDMS液體沒過PDMS微流控芯片固體陽模后，進(jìn)行固化處理，得到PDMS微流控芯片負(fù)模，將其從蓋玻片基底表面揭下，并清除負(fù)模內(nèi)殘余的固體UV膠，然后對PDMS微流控芯片負(fù)模進(jìn)行打孔，從而得到PDMS微流控芯片的進(jìn)出液口 ；
[0015]2.2將打孔后的PDMS微流控芯片負(fù)模與潔凈的玻璃基底進(jìn)行鍵合，即制得PDMS微流控芯片。
[0016]其中，1.1步中，所述的蓋玻片基底分別采用濃硫酸、丙酮和去離子水進(jìn)行潔凈處理。
[0017]1.2步中，所述的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴毛細(xì)管外徑為1mm，內(nèi)徑為600 μπι，微噴嘴出口內(nèi)徑為60?120 μ m。
[0018]1.3步中，—膠的粘度為20叩8。
[0019]1.3步中，所述的微噴射通過協(xié)同控制液滴微噴射控制參數(shù)與三維工作臺運(yùn)動參數(shù)實(shí)現(xiàn)，其中，液滴微噴射控制參數(shù)包括壓電致動器的驅(qū)動電壓波形、驅(qū)動電壓幅值和驅(qū)動頻率，壓電致動器的驅(qū)動電壓波形為陡升緩降波形，驅(qū)動頻率設(shè)定為2Hz，驅(qū)動電壓幅值變化范圍為30?80V ;三維工作臺運(yùn)動參數(shù)包括液滴的重疊率、工作臺運(yùn)動圖形，液滴的重疊率變化范圍為30%?70%。
[0020]1.4步中，所述的紫外光固化采用波長為365nm的紫外線燈光，固化時間為20min。
[0021]2.1步中，所述的PDMS液體由PDMS彈性體與固化劑按5:1質(zhì)量比均勻混合得到，固化處理的溫度為60°C，時間為10h。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0023](I)本發(fā)明中用于制備PDMS微流控芯片固體陽模的蓋玻片基底不需要進(jìn)行親疏水處理，PDMS微流控芯片固體陽模制備過程簡單，無需特定的模版，可制備任意圖形的PDMS微流控芯片固體陽模。
[0024](2)本發(fā)明采用UV膠為PDMS微流控芯片陽模制備材料，將UV膠按需微噴射到潔凈的蓋玻片基底上，UV膠在液體表面張力的影響下形成PDMS微流控芯片液體陽模，并經(jīng)紫夕卜光固化成型后，形成PDMS微流控芯片固體陽模，制備的固體陽?？梢远啻卫?。采用UV膠可制作微流道形貌光滑的PDMS微流控芯片。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明第一步中PDMS微流控芯片液體陽模的液滴微噴射制備系統(tǒng)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明第二步中PDMS微流控芯片制備過程示意圖。
[0027]I微噴嘴調(diào)節(jié)架旋鈕；2微噴嘴調(diào)節(jié)架；3第一連接件；4壓電致動器；5內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴；6第二連接件；7數(shù)碼顯微鏡；8 二維工作臺；9蓋玻片基底；10PDMS微流控芯片液體陽模；11PDMS微流控芯片固體陽模；12PDMS彈性體；13PDMS微流控芯片負(fù)模；14PDMS微流控芯片進(jìn)出液口 ；15PDMS微流控芯片玻璃基底
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明中，液滴微噴射是通過以脈沖慣性力為主動力，克服內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴(參見博士論文《數(shù)字化液滴微噴射技術(shù)及其在印制電子中的應(yīng)用研宄》)內(nèi)液體的粘性力實(shí)現(xiàn)的。所述的脈沖慣性力可用多種方式產(chǎn)生，由于壓電器件具有電壓-位移動態(tài)響應(yīng)好、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，可作為整體驅(qū)動器置于微噴嘴外部產(chǎn)生脈沖慣性力，故本發(fā)明脈沖慣性力由壓電致動器提供。圖1所示為液滴微噴射制備系統(tǒng)示意圖，首先將壓電致動器4和所需內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5由第一連接件3、第二連接件6連接到微噴嘴調(diào)節(jié)架2上，通過調(diào)節(jié)微噴嘴調(diào)節(jié)架旋鈕I改變內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5與蓋玻片基底9的距離。調(diào)節(jié)數(shù)碼顯微鏡7的放大倍數(shù)和焦距，使得內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5和蓋玻片基底9可以清晰的在計算機(jī)屏幕上顯示出來。圖2所示為PDMS微流控芯片制備過程示意圖，首先采用液滴微噴射技術(shù)在潔凈的蓋玻片基底9上制備出PDMS微流控芯片液體陽模10。然后將制備有液體陽模的蓋玻片基底置于紫外線燈光下進(jìn)行固化，制得PDMS微流控芯片固體陽模11，隨后在PDMS固體陽模11上緩慢、均勻沉積PDMS彈性體12，待PDMS彈性體12固化處理后，將其從蓋玻片上揭下，得到PDMS微流控芯片負(fù)模13，并采用微打孔工藝打出PDMS微流控芯片進(jìn)出液口 14