[发明专利]下壁面内凹的微通道的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PDMS(polydimethylsiloxane)材料加工的微尺度单面微米级薄膜通道的制作方法，利用PDMS材料由胶状液体通过烘烤逐渐凝固成为固体的特性，通过匀胶机制备PDMS材质的薄膜并将其键合于微通道主体结构之上，形成单面薄膜结构的微尺度通道。

背景技术

随着小尺度化学、医学或生物分析系统的大力发展，涉及微全分析系统(micro total analysis ayatems，μTAS)或芯片实验室(lab-on-a-chip)的各种类型的微流控设备和结构被广泛设计和研究，因而出现了各种应用于不同背景下的微流控芯片。微尺度制造技术的高度发展为微尺度流动的研究和应用提供了充分的技术支持，比如光刻以及激光刻蚀等技术能够实现微米级结构的制作等，表面处理技术的发展能够完成不同结构之间的键合，基于此各种新型的流动和控制结构可以从设计转化为成品制造。

PDMS材料以其较高的可塑性和适应性以及较低制作成本的优势，被广泛地应用于微流控芯片的制作中。PDMS的液态形式使其能够较好地填充于微结构模板，完整地复制微尺度结构的各个细节，凝固后的弹性软材料特质有助于将其从模板中完好地剖离，以得到微流控芯片结构，进而将其键合于基底上形成微流控芯片。利用离心原理的匀胶技术可以将液体涂覆于硅片上，较为简易地形成微米级薄膜，该方法在微流控芯片模板的光刻过程中被广泛应用。

基于微流控芯片的设计需要，以及现有PDMS加工技术在微流控芯片制作过程中的成熟应用，为制作得到特性效果的下壁面内凹的微流控芯片实验模型，尝试将各种加工方式有益结合。

发明内容

本发明是下壁面内凹的微通道的制作方法，通过在凸模上浇筑PDMS生成微通道，利用离心匀胶机在硅片上甩制获得PDMS材质的薄膜，利用电晕机将二者键合，再将带有矩形凹槽的PDMS固体块键合到薄膜的另一侧，通过矩形凹槽的入口注入液态PDMS使得薄膜向微通道内部变形，放置于加热板上逐渐凝固，最终生成下壁面内凹的微通道结构，而且内凹结构的长度和位置分别通过改变凹槽的尺寸和键合位置来控制；

其特征在于：该方法包括以下步骤，

1)制作微通道和凹槽：将PDMS预制试剂分别浇注于制造微通道结构和凹槽结构的凸模上，然后放置于烘箱中烘烤使PDMS凝固；将凝固后的PDMS揭下并切割获得单面开口的微通道固体块和带凹槽结构的固体块；用打孔器在带凹槽结构的固体块的对角分别打一个通孔，其中一个为凹槽入口，另一个为凹槽出口；

2)制备薄膜：将PDMS试剂放于硅片上甩制形成薄层胶质膜，膜厚与PDMS试剂的配合比例以及甩胶机的转速有关，最后放于烘箱中使胶质膜凝固形成固体弹性膜；

3)键合芯片：将1)中切割好的单面开口的微通道固体块利用电晕机处理后键合于硅片上的薄膜上，并轻微按压以确保二者贴合充分，然后放置于温度约为90℃的热板上烘烤10～20分钟，然后用刀片沿微通道固体块的边缘轻轻划开，将划开后的固体块部分和硅片一同取下，得到单面带薄膜的微通道固体块；

4)键合凹槽：将1)切割好的带有凹槽结构的固体块键合在3)中单面带薄膜的微通道固体块上的薄膜一侧，凹槽的位置与微通道中设计要向内凹的位置对齐，同样轻压微通道固体块和带有凹槽结构的固体块，确保二者充分贴合，然后放置在温度约为90℃的热板上烘烤10～20分钟；

5)注入液态PDMS：将调好未凝固的液态PDMS从凹槽入口缓慢注入到凹槽中，排空存留的空气从凹槽出口流出，持续挤压注入液态PDMS1-5分钟；微通道中薄膜在液态PDMS的作用下向外即向微通道一侧鼓出变形，造成微通道下壁面向内凹；

6)加热凝固：将整个结构放置于温度约为90℃的热板上烘烤15分钟左右，最后凝固生成下壁面内凹的微通道结构。

本发明可以制作下壁面内凹的微尺度通道，所涉及的制作和处理方法成熟，可靠性可以得到保证，并且操作过程简单。

附图说明

图1是本发明下壁面内凹的微尺度通道的制作方法的操作步骤流程图。

图2是本发明下壁面内凹的微尺度通道的挤压下壁面内凹的过程示意图。

图3是利用本发明下壁面内凹的微尺度通道的制作方法制得某一芯片的横截面结构图。

图中：1、凹槽入口，2、凹槽出口。

具体实施方式

下面结合本发明的内容提供下壁面内凹的微尺度通道的具体制作过程，具体步骤为：

1)微通道和凹槽的制备过程