一種光流微流孿生通道芯片及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控芯片技術(shù)領域，具體涉及一種光流微流孿生通道芯片及其制備方法，可應用于微流控芯片的小型化以及光流控與微流控的集成等領域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，以微流控芯片為代表的微全分析系統(tǒng)，將化學、生物學等領域所涉及的樣品制備，以及光學、電學的分析檢測等過程，縮微或基本縮微到一塊幾平方厘米的芯片上進行，由于其低反應物消耗、高度的靈敏性、高效率、高度的安全性及環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛研宄。微流控芯片在化學、物理學、生物學及藥學等很多領域顯示出廣泛的應用。隨著微流控芯片的發(fā)展，人們對微流控芯片的結(jié)構(gòu)和性能有了更高的要求，越來越多的功能性器件被集成到微流控芯片內(nèi)。光流控芯片技術(shù)，是將微流控芯片和光學結(jié)合來建立一些高度集成、使用便捷的功能化體系，用于光學微探測和分析。現(xiàn)今，大部分光流控研宄集中在將一些微光學元件如微光學透鏡、波導、光源等引入到微流控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對微納尺度的物體的探測及物理操縱。很少研宄將光流控元件，即通過控制流體調(diào)節(jié)光學性質(zhì)的元件同微流控通道集成，這類研宄的主要阻礙是缺少一種通用的襯底實現(xiàn)光流控通道與微流控通道的集成。合理的設計和制備一種用于光流控通道與微流控通道集成的襯底具有巨大的優(yōu)勢和應用潛力。
[0003]研宄內(nèi)容
[0004]本發(fā)明的目的是制備一種可用于光流控通道與微流控通道高精度集成的光流微流孿生通道芯片，其特征在于:孿生通道芯片由光流通道層、微流通道層和襯底組成，光流通道層和微流通道層位于襯底的兩側(cè)，光流控通道和微流控通道的寬度一致，形狀相同且垂直方向的邊緣對齊，光流通道和微流通道可以各自獨立控制，互不干擾。光流通道和微流通道采用一次紫外曝光方法同時制備而成。本發(fā)明所述的孿生通道芯片具有制備工藝簡單、成本低、適用性好等優(yōu)點。
[0005]構(gòu)成光流通道層和微流通道層的材料為光刻膠，所述的光流控通道和微流控通道為直條形通道、T字形通道、十字交叉形通道、圓弧形通道或直角形通道。
[0006]一種光流微流孿生通道芯片的制備方法，其特征在于:利用紫外光刻方法制備光流微流孿生通道芯片，且紫外光刻過程為一次曝光過程，其具體步驟如下:
[0007](I)襯底預處理及光刻膠的稀釋和旋涂
[0008]襯底預處理:將襯底(玻璃、石英等)的雙側(cè)表面用丙酮棉球順向擦拭，擦拭后置于丙酮中超聲10?60min，隨后使用乙醇棉球順向擦拭并在乙醇中超聲10?60min，最后用去離子水反復沖洗，置于烘箱中80?100°C烘干3?5h ;
[0009]光刻膠稀釋:將光刻膠與稀釋溶劑按照質(zhì)量比2?10:1的比例混合，避光下磁力攪拌10?24h使其充分混合稀釋；
[0010]光刻膠旋涂:將混合稀釋后的光刻膠在5000?10000r/min速度下離心5?lOmin，去除光刻膠內(nèi)存在的氣泡；以前轉(zhuǎn)300?800r/min，前轉(zhuǎn)時間10?15s，后轉(zhuǎn)650?2000r/min，后轉(zhuǎn)時間30?60s的條件，在襯底的一側(cè)表面上旋涂光刻膠，所得光刻膠膜厚為10?10ym;然后將旋涂有光刻膠的襯底放于懸空的玻璃支架上(如圖3所示)，在65?95°C條件下前烘，根據(jù)光刻膠膜厚度不同，前烘時間為10?120min，光刻膠膜越厚，前烘時間越長以保證光刻膠膜中溶劑充分揮發(fā)，冷卻至20?30°C后取下；將襯底翻轉(zhuǎn)，在襯底的另一側(cè)表面重復上述光刻膠旋涂及前烘過程；由于前烘過程溶劑充分揮發(fā)，所以在第二次光刻膠旋涂過程不會破壞已經(jīng)旋涂好的光刻膠膜；襯底兩側(cè)的光刻膠層，對應于光流微流孿生通道芯片的光流通道層和微流通道層；
[0011](2)使用圖案化的掩模板進行掩模紫外光刻
[0012]采用接觸式曝光，將圖案化的掩模板與襯底的一側(cè)表面壓緊，并使光垂直投射于襯底，波長200?400nm，光功率密度為10?20mW.cnT2，曝光時間8?15min，使襯底雙側(cè)的光刻膠膜同時曝光，被照射區(qū)域光刻膠中的單體光固化或光降解；
[0013](3)后烘顯影獲得光流微流孿生通道芯片
[0014]光刻膠膜紫外曝光后，在65?95°C條件下后烘5?20min，然后冷卻至20?30°C，使用顯影溶劑進行多次顯影；多次顯影是將顯影溶劑分置于3?5個容器中，將后烘后的樣品依次放入第一瓶顯影溶液中顯影5?8min，取出后放入第二瓶顯影溶劑中顯影3?5min，再取出后依次放入后續(xù)的顯影溶液中，顯影結(jié)束后去除樣品表面的顯影溶劑，即得到光流微流孿生通道芯片。多次顯影可以使制備的通道芯片更為干凈，通道內(nèi)無光刻膠殘留。
[0015]對于紫外負性光刻膠，掩模圖案與需要制備的微通道圖案相同，即掩膜板上與微通道區(qū)域?qū)奈恢脼椴煌腹鈪^(qū)域，其他區(qū)域透光，透光區(qū)域的光刻膠紫外固化而保留，而不透光區(qū)域的光刻膠未固化而被顯影液除去；對于正性光刻膠，掩模圖案與需要制備的微通道圖案相反，即掩模板上微通道區(qū)域?qū)奈恢脼橥腹鈪^(qū)域，其他區(qū)域不透光，透光區(qū)域的光刻膠紫外光照后發(fā)生化學反應，溶于顯影液而被除去，不透光區(qū)域的光刻膠未曝光而保留O
[0016]其中，步驟⑴所述光刻膠為紫外負性光刻膠，如NOA61 (Norland OptiCalAdhesive)、N0A63、SU_8系列環(huán)氧型紫外負性光刻膠；或紫外正性光刻膠，如BP_212、S1805等。所述稀釋溶劑為丙酮、環(huán)戊酮或光刻膠配套稀釋劑。所述的襯底是玻璃或石英，厚度小于1_。通過控制光刻膠的稀釋比和旋涂勻膠的轉(zhuǎn)速可以控制光流通道和微流通道的深度。
[0017]進一步地，步驟(2)中所述的掩模板為菲林板或鉻板，掩模板圖案的最小寬度為20 μπι，可以根據(jù)需要設計更大寬度的微通道圖案，增加寬度不會增加制備難度。所述的圖案化的掩模板式利用Auto CAD軟件設計和繪制光流微流孿生通道芯片微通道圖形用于制備掩模板。
[0018]更進一步地，步驟(3)所述的顯影溶劑為丙酮、四氫吠喃、氯仿、甲苯、苯、二氯甲烷、乙醇、甲醇或與光刻膠配套的顯影劑。所述去除樣品表面顯影溶劑可以將樣品浸入水、乙醇或異丙醇中將樣品表面殘留的顯影溶劑去除。
[0019]在本發(fā)明的實施方式中，進行了光流微流孿生通道芯片的流體測試。向光流通道內(nèi)和微流通道內(nèi)分別注入I?20mg/mL的含有熒光染料的溶液，為了更直觀清楚的觀察，對孿生通道芯片截面進行觀察，使用波長300?550nm激光激發(fā)，熒光染料發(fā)出熒光，光流通道和微流通道可以獨立控制，互不干擾。
[0020]所述熒光染料為羅丹明B，羅丹明6G、亞甲基藍、香豆素等，所述含有熒光染料的溶液為水、乙醇、乙二醇、丙酮、甲苯等。
[0021]所述光流微流孿生通道芯片，可以借助逐點掃描的激光直寫加工系統(tǒng)，在光流通道內(nèi)制備光學性質(zhì)可調(diào)諧的微光學元件(申請?zhí)朇N200910066918.5)，通過改變光流通道內(nèi)流體的種類或濃度，調(diào)節(jié)微光學元件的焦距等光學性質(zhì)，對微流通道內(nèi)進行探測，實現(xiàn)光流控與微流控的集成。
[0022]所述逐點掃描的激光直寫加工系統(tǒng)，包括激光器、光路調(diào)節(jié)元件、轉(zhuǎn)鏡、樣品臺、軟件控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和實時檢測系統(tǒng)。
[0023]所述激光器為飛秒脈沖激光器，波長范圍是200?2600nm，脈沖寬度范圍是1fs?900fs，重復頻率范圍是IHz?IGHz。
[0024]所述光學性質(zhì)可調(diào)諧的微光學元件為微光源、微透鏡、波導、菲涅爾波帶片等。所述微光學元件材料為刺激響應聚合物，如聚乙二醇二丙烯酸酯、聚N-異丙基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸羥乙酯等水凝膠材料，牛血清白蛋白等蛋白質(zhì)材料，聚甲基丙烯酸丁酯、聚二甲基硅氧烷等其他溶劑響應聚合物。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的光流微流孿生通道芯片的截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為光流通道，2為微流通道，3為光流微