一种聚合物微控芯片及其溶剂辅助热键合方法技术

本发明专利技术提供了一种聚合物微控芯片及其溶剂辅助热键合方法。该溶剂辅助热键合方法包括以下步骤：将环烯烃共聚物盖片和/或带有微通道结构的基片置于混合溶剂中浸泡10～40min，取出，使用氮气吹干表面；其中，所述混合溶剂由环烯烃共聚物的良溶剂和不良溶剂组成，所述良溶剂为所述混合溶剂体积分数的5～40％；将浸泡吹干后的环烯烃共聚物盖片与带有微通道结构的基片对准贴合，放入压印机中进行热键合，制得聚合物微控芯片。该本发明专利技术采用特定的混合溶剂侵泡溶胀环烯烃共聚物盖片和/或基片，达到部分溶胀以降低玻璃转化点又不产生溶剂残留，制得的聚合物微控芯片微通道结构完整，且键合强度高，保障了人体健康。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微控芯片
，尤其涉及一种聚合物微控芯片及其溶剂辅助热键合方法。
技术介绍
微流控芯片是把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养分选和裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。通过热压或注射成型方法制作出的微流控芯片基片的微通道是不封闭的，需要在具有微通道的基片表面上覆盖微流控芯片盖片以形成封闭的微通道才能进行各种分析检测操作，这个形成封闭微通道的过程称为键合。键合是微流控芯片制作过程中一个关键的工艺环节，其加工质量与芯片的使用性能紧密相关。按照键合原理可将当前的键合工艺方法分为物理键合和化学键合。物理键合是通过加热材料的接触表面，使其发生一定程度的熔融,将两种材料粘结起来。化学键合则是在接触表面间形成共价键，通过此类化学键将基片和盖片粘接在一起。实际键合过程中这两种作用往往同时发生，很难严格的区分开来。聚合物芯片的键合方法主要有热键合、溶剂键合和超声键合等方法。目前，聚碳酸酯、聚苯乙烯等传统聚合物材料虽然制备、键合工艺成熟，但是光学透过性较差，不适宜制作用于光学检测特别是生物荧光检测的微流控芯片制作，聚甲基丙烯酸甲酯虽然在可见光区透光性较好，但是在深紫外光区有较大吸收值，而聚甲基丙烯酸甲酯的极性侧甲基引起的材料的吸湿性(吸水率达
0.3％-0.4％)导致片基的形貌弯曲和密闭腔体中生物试剂的受潮变质，限制了聚甲基丙烯酸甲酯基材芯片的应用；超声键合对设备条件要求较高，并且需要一定的键合余量，不适合低高度微通道的封接；溶剂键合可在低温下进行，但涂抹法会导致残余溶剂难以从芯片中排出，产生气泡，熏蒸法条件难以精确控制，要求操作人员在高浓度有机溶剂蒸汽中进行快速而准确的操作，易对操作人员生体健康产生危害。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术一方面提供一种聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法，该溶剂辅助热键合方法采用特定的混合溶剂侵泡溶胀环烯烃共聚物盖片或基片，达到部分溶胀以降低玻璃转化点又不产生溶剂残留，制得的聚合物微控芯片微通道结构完整，且键合强度高，保障了人体健康。本专利技术采用以下技术方案。一种聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法，包括以下步骤：(1)将环烯烃共聚物盖片和/或带有微通道结构的基片置于混合溶剂中浸泡10～40min，取出，使用氮气吹干表面；所述混合溶剂由环烯烃共聚物的良溶剂和不良溶剂组成，其中，所述良溶剂为所述混合溶剂体积分数的5～40％；(2)将所述环烯烃共聚物盖片与所述基片对准贴合，放入压印机中进行热键合，制得聚合物微控芯片。优选地，所述良溶剂选自氯仿、环己烷或正十六烷中的一种或至少两种的混合物。优选地，所述不良溶剂选自丙酮、甲醇或二甲基亚砜中的一种或至少两种的混合物。环烯烃共聚物(Cyclic Olefin Copolymer，COC)具有优良的机械性、较好的耐热性、极低的水分吸收率、对一般生化试剂的高度的稳定性、优异的光学透过性特别是高紫外光透过率，与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)聚苯乙烯(PS)相比，更加适宜制作微流控芯片，尤其适合紫外、近紫外下的荧光检测芯片。采用环烯烃共聚物盖片，改善光线的吸收、透过性能，特别是材料对紫外光区的吸收问题，同时解决了材料自身的吸水性。环烯烃共聚物热键合是将带有微通道的基片和盖片对齐，放到工作台上，基板温度升至设定值，施加一定压力并保持一段时间，而后卸载，即可完成芯片热键合过程。然而环烯烃共聚物玻璃转化温度(Tg)在100～120℃附近，单纯热键合很难控制精确的升温速率，加之聚合物导热性较差，加热面很容易过热软化，导致微通道被封闭从而键合失败，无法键合精细的结构。良溶剂优选氯仿，可溶胀环烯烃共聚物达到降低其玻璃转换点的目的；不良溶剂，优选丙酮，可对上述良溶剂进行稀释，用以控制环烯烃共聚物盖片被溶胀的程度。良溶剂浓度越大，基片溶胀厚度越深，键合强度越强，微通道的形变量也随之增大，即良溶剂浓度过高，微通道被完全封闭，良溶剂浓度过低，基片键合强度低，达不到设计要求。在体积分数为5％～40％氯仿的丙酮中，微通道结构完整，且键合强度高。优选地，步骤(2)具体过程为：将所述环烯烃共聚物盖片与所述基片对准贴合，以单抛硅片的光滑面为衬底，放入压印机中调节压强至0.05～0.5MPa和升温至50～130℃，保持时间和压力1～20min，以0.5～10℃/min速率降温至18～22℃，制得聚合物微控芯片。热键合过程中，压力和温度是最重要的参数之一，压力、温度越高，基片形变越大，微通道也随之形变甚至完全封闭，而二者越小，键合程度也相应减弱，
甚至无法键合。本专利技术对热键合的压力和温度进行优化处理，使得微通道变形小，且键合强度高；确定了合理降温速率，避免了应力效应的同时也节省了时间。本专利技术另一方面提供一种采用上述溶剂辅助热键合方法制备的聚合物微控芯片，该聚合物微控芯片微通道结构完整，且键合强度高，保障了人体健康。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法，包括以下步骤：将环烯烃共聚物盖片和/或带有微通道结构的基片置于混合溶剂中浸泡10～40min，取出，使用氮气吹干表面；其中，所述混合溶剂由环烯烃共聚物的良溶剂和不良溶剂组成，所述良溶剂为所述混合溶剂体积分数的5～40％；将浸泡吹干后的环烯烃共聚物盖片与带有微通道结构的基片对准贴合，放入压印机中进行热键合，制得聚合物微控芯片。该本专利技术采用特定的混合溶剂侵泡溶胀环烯烃共聚物盖片和/或基片，达到部分溶胀以降低玻璃转化点又不产生溶剂残留，制得的聚合物微控芯片微通道结构完整，且键合强度高，保障了人体健康。附图说明图1为本专利技术热键合工艺示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。实施例1：本实施例聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法包括以下步骤：将环烯烃共聚物盖片置于含体积分数5％氯仿的丙酮中浸泡10min，取出，使用氮气吹干表面；将上述的环烯烃共聚物盖片与带有微通道结构的基片对准贴合，以单抛硅片的光滑面为衬底，放入压印机中调节压强至0.05MPa和升温至50℃，保持时
间和压力2min，以1℃/min速率降温至18℃，制得聚合物微控芯片。实施例2：本实施例聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法包括以下步骤：将环烯烃共聚物盖片置于含体积分数20％环己烷的二甲基亚砜中浸泡20min，取出，使用氮气吹干表面；将上述的环烯烃共聚物盖片与带有微通道结构的基片对准贴合，以单抛硅片的光滑面为衬底，放入压印机中调节压强至0.3MPa和升温至100℃，保持时间和压力10min，以5℃/min速率降温至20℃，制得聚合物微控芯片。实施例3：本实施例聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法包括以下步骤：将环烯烃共聚物盖片置于含体积分数40％正十六烷的甲醇中浸泡40min，取出，使用氮气吹干表面；将上述的环烯烃共聚物盖片与带有微通道结构的基片对准贴合，以单抛硅片的光滑面为衬底，放入压印机中调节压强至0.5MPa和升温至130℃，保持时间和压力20min，以10℃/min速率降温至18℃，制得聚合物微控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将环烯烃共聚物盖片和/或带有微通道结构的基片置于混合溶剂中浸泡10～40min，取出，使用氮气吹干表面；所述混合溶剂由环烯烃共聚物的良溶剂和不良溶剂组成，所述良溶剂为所述混合溶剂体积分数的5～40％；(2)将所述环烯烃共聚物盖片与所述基片对准贴合，放入压印机中进行热键合，制得聚合物微控芯片。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微控芯片的溶剂辅助热键合方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将环烯烃共聚物盖片和/或带有微通道结构的基片置于混合溶剂中浸泡10～40min，取出，使用氮气吹干表面；所述混合溶剂由环烯烃共聚物的良溶剂和不良溶剂组成，所述良溶剂为所述混合溶剂体积分数的5～40％；(2)将所述环烯烃共聚物盖片与所述基片对准贴合，放入压印机中进行热键合，制得聚合物微控芯片。2.根据权利要求1所述的溶剂辅助热键合方法，其特征在于，所述良溶剂选自氯仿、环己烷或正十六烷中的一种或至少两种的混合物。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洪，陈艳，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44