一种微流控芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微流控芯片，包括：第一键合元件、第二键合元件、用于此两个键合元件键合的键合溶液，以及用于辅助键合的键合溶液注入孔、排气孔、辅助键合流道、辅助键合毛细结构。本发明专利技术采用在微流控芯片两键合表面制作出一种特殊的辅助键合微结构，该微结构形成一系列闭合的回路；在键合时，只有在这种特殊的辅助键合微结构内充满键合溶液；这样，在所有辅助键合微结构处，相邻两块微流控芯片基板都被牢固的键合在一起；而其他位置则不会与键合溶液接触，进而保持原始形貌；由于此键合方法可以采用粘接胶水和键合溶剂等作为键合溶液，因此可以实现高键合强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微流控领域，特别涉及微流控芯片的结构与制造方法。
技术介绍
随着微流控芯片技术在生物、医学、化学等检测领域越来越广泛的应用，芯片的内部结构和功能也愈加复杂，因而其制造难度也在逐渐增加。例如，某些芯片要求在内部预封装某些冻干或风干的试剂;某些芯片要求在内部嵌入各类物质如石蜡、柔性膜等;而某些芯片内部具有光学检测腔体，要求检测腔体位置处达到光学镜面级别，等等。这些都对目前现有的芯片键合技术提出了新的挑战，使得现有芯片键合工艺难以满足要求，现简述如下:热压键合法是最常用的一种键合方式，其原理是在接近材料玻璃化温度下，对两结合面施加一定的正向压力(通常为亚Mpa级别)，使得两面通过分子力结合在一起的方法。它的优势是实现简单，制作容易，无需复杂设备。然而，在接近玻璃化的温度情况下，大部分需要嵌入到芯片内部试剂都将失效，同时，高温使得芯片的内部流道、腔体等形状结构发生形变，使得本应具有的光学平面发生变形。另外，热压键合法还具有键合强度不足(通常几十psi)，容易开裂，可靠性差等缺点，只能适用于一般要求不高的微流控芯片键合。超声键合法是另一种常用的键合方式，它在制作微流控芯片时，同时制作一些凸起的“筋”，有些人称之为微导能结构。在键合时，将上下微流控芯片基板对齐压合后，通过超声产生的局部高温熔融该微导能结构，进而使上下微流控芯片基板在熔融位置“焊接”起来。超声键合法的优势在于其键合强度高(亚MPa级别)，缺点是超声的穿透力不足，当键合厚度超过一定值时(例如，5mm)，超声能量将因材料的阻挡而锐减，导致键合不上。同时，键合部位的高温将产生热变形，使得附近的微流道变形。胶粘键合法是一种采用液体胶或固体胶对微流控芯片进行键合的方式，其键合过程是在常温下，在微流控芯片各基板层之间充满胶后压合并等待胶凝固。此键合方法可获得较高的强度，但残留的胶溶液堵塞沟道。同时，对于需要预先封装冻干试剂的芯片来说，胶水会与试剂直接接触，导致试剂失效。溶剂键合法与液体胶粘法相似，不过其使用的是一种具有挥发性的辅助溶剂。该键合方法具有胶粘键合法的高键合强度优势，同时，由于键合溶剂的挥发性，键合完成之后流道不会堵塞。同样，此键合工艺对于需要预先封装冻干试剂的微流控芯片同样不合适。同时，溶剂键合法会腐蚀微流控芯片流道和腔体，增大了表面粗糙度。由此可见，上述四种键合方法各有优缺点，但都会对微流控芯片内部流道、腔体和需要预先封装的试剂产生一定的损害，甚至会导致芯片不可用，影响了微流控芯片。如果能够专利技术一种结构与制造方法，该方法能够常温下操作，在实现高强键合的同时，同时键合溶液还不会与微流控流道、腔体和需要预先封装的试剂接触，进而保证流道、腔体和预先封装的试剂的完整性，对于微流控芯片的制作与发展，以及微流控芯片向医学检测临床应用将具有非常积极意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服前面所述的几种键合工艺制备微流控芯片的不足，采用在微流控芯片两键合表面制作出一种特殊的辅助键合微结构，该微结构形成一系列闭合的回路;在键合时，只有在这种特殊的辅助键合微结构内充满键合溶液;这样，在所有辅助键合微结构处，相邻两块微流控芯片基板都被牢固的键合在一起;而其他位置则不会与键合溶液接触，进而保持原始形貌；由于此键合方法可以采用粘接胶水和键合溶剂等作为键合溶液，因此可以实现高键合强度。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种微流控芯片的结构，包括:第一键合元件，该元件具有第一和第二表面，其中至少所述表面之一包含微结构；第二键合元件，该元件具有有第一和第二表面，其中所述第二键合元件与所述第一键合元件键合的表面包含与第一键合元件相互连通的微流体路径；键合溶液，用于将第一键合元件和第二键合元件键合；以及辅助键合组合结构，其位于键合元件上非功能区域，所述辅助键合组合结构用于注入和存储键合溶液，使键合溶液形成闭合的回路；其中，所述第一、第二键合元件，其材质选自聚苯乙烯材料、聚碳酸脂材料或丙烯酸类聚合物材料中的一种；所述键合溶液选自丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈，以及环氧胶中的一种；所述微结构为微流体路径、微通道、微储槽、微阀、微过滤器中的一种。优选的是，所述辅助键合组合结构包括:键合溶液注入孔，其为通孔，用于注入键合溶液；辅助键合流道，其与键合溶液注入孔连通，用于键合溶液的流通和存储；辅助键合毛细结构，其由辅助键合微毛细槽流道组成，用于促使键合溶液按目标流向流动；以及排气孔，其为通孔，其与辅助键合流道连通，用于排出流道中的气体；其中，所述辅助键合流道、辅助键合毛细结构位于第一键合元件上非功能区域，且其所在表面为第一、第二键合元件的结合面，所述键合溶液注入孔、排气孔位于第一键合元件或第二键合元件上非功能区域，且为通孔，并与辅助键合流道连通，键合时键合溶液从键合溶液注入孔进入，填充辅助键合流道和辅助键合毛细结构后到达排气孔。优选的是，所述辅助键合微毛细槽流道为多组，所述辅助键合微毛细槽流道宽度值范围为10?500μηι，长度范围为Imm?5mm。优选的是，所述辅助键合微毛细槽流道数量为5?20个。优选的是，所述辅助键合流道与所述微流体路径之间的距离为0.5?2mm，所述辅助键合流道的宽度值大于500μπι。优选的是，其进一步包含N个键合元件，其所具有的键合结合面为N-1个，所述N个键合元件通过所述N-1个键合结合面上的辅助键合组合结构和所述键合溶液键合。本专利技术的另一个目的是提供一种微流控芯片的制备方法，包括如下步骤:步骤(I):在一定的温度下，将所需键合的键合元件按次序上下叠放并对齐后，施加一定的正向压力，以保证相邻的键合表面紧密接触；步骤(2):通过辅助键合组合结构的注入孔向键合元件结合面注入键合溶液，并充满辅助键合流道和辅助键合毛细结构，到达排气孔位置；步骤(3):保持键合压力，静置至键合完成。优选的是，所述步骤(I)中一定温度指温度范围为O度至65度，在此温度范围内，能保证键合溶液为液态，且键合元件不会因为高温而发生形变。优选的是，一定温度指温度范围为15度到30度，因为此温度为室温，不需要额外的开销即可实现。所述一定的正向压力范围为5?20个psi。优选的是，所述步骤(3)中当键合溶液为环氧胶水，保持键合压力，常温静置24h;当键合溶液为丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈中的一种时，保持键合压力，常温静置时间5?30mino优选的是，所述辅助键合组合结构至少设有一组。优选的是，所述微流体路径、辅助键合当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片，其特征在于，包括：第一键合元件，该元件具有第一和第二表面，其中至少所述表面之一包含微结构；第二键合元件，该元件具有有第一和第二表面，其中所述第二键合元件与所述第一键合元件键合的表面包含与第一键合元件相互连通的微流体路径；键合溶液，用于将第一键合元件和第二键合元件键合；以及辅助键合组合结构，其位于键合元件上非功能区域，所述辅助键合组合结构用于注入和存储键合溶液，使键合溶液形成闭合的回路；其中，所述第一、第二键合元件，其材质选自聚苯乙烯材料、聚碳酸脂材料或丙烯酸类聚合物材料中的一种；所述键合溶液选自丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈以及环氧胶中的一种；所述微结构为微流体路径、微通道、微储槽、微阀、微过滤器中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周武平，黎海文，蒋克明，张涛，刘聪，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32