聚合物微流控芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物微流控芯片及其制备方法。该制备方法包括：提供第一聚合物基底，其第一表面凸设有电极；采用UV-LIGA技术制备形成微流道模具，再利用该微流道模具，通过微注塑等方式制备出包含微流道的第二聚合物基体，所述微流道凹设于所述第二聚合物基体的第二表面；将该第一、第二表面相互封接，并使所述电极至少局部凸露于所述微流道内，实现所述聚合物微流控芯片的封装。本发明专利技术以UV-LIGA技术制备基于聚合物衬底的微流控检测芯片，可以实现高精度的高深宽比微流控芯片结构的高效制备，且工艺简单、成本低，易于批量化生产，具有极大的市场应用潜力，所获微流控芯片可用于检测微量物质，例如可用于检测水体中的微量重金属离子、抗原和抗体生物等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流控芯片及其制备工艺，具体涉及一种适用于检测微量物质的 ，属于微纳加工

技术介绍
随着社会工业社会的快速发展，越来越多的微型器件尤其是微机电系统 (Microelectromechanical Systems，MEMS)已经被广泛应用到各个领域中。 其中一种重要的微型器件，即微流控芯片以其独特的性能而得到了国内外专家的 广泛关注。微流控芯片是在普通毛细管电泳的基本原理和技术的基础上，利用微纳米加工 技术在硅、石英、玻璃或高分子聚合物基质材料上加工出各种微细结构，如管道、反应池、电 极之类的功能单元，完成生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生化反应、处理(混合、过 滤、稀释）、分离检测等一系列任务，具有快速、高效、低耗、分析过程自动化和应用范围广等 特点的微型分析实验装置。 目前，微流控芯片的制备方法主要刻蚀法，热压法，注塑法，浇铸法，激光烧蚀法 等。刻蚀法一般分为干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀采用等离子体或反应气体对衬底进行 图形化刻蚀，湿法刻蚀采用化学溶液对衬底进行图形化刻蚀。刻蚀法对硅材质衬底和玻璃 衬底较为适合，但是对聚合物衬底确难以实现图形化沟道制备。热压法采用基板和模板在 一定的温度和压力下，控制一定时间后，在基板上就形成了与模板图形相反的微流沟道。但 热压法对模板的要求比较高，而且对于沟道有交叉点的图形，会形成不均匀的形状。注塑法 是先利用微细加工制备出微型模具，然后在注塑成型机上将聚合物在一定温度和压力下进 行结构成型。虽然注塑法易于批量生产，但是其模具制造工序复杂，且周期较长。浇铸法类 似于传统金属铸件的制备方法，利用一定结构的模具，将熔融状态的基体材质进行浇铸。此 种方法易于操作，成本较低，但是脱气时间较长。激光烧蚀法是利用激光束对基底材质直接 进行烧蚀，从而形成所需要的图形结构。此种方法可以形成较为良好的沟道深度，但是其对 沟道的侧壁损伤较大，且设备基本昂贵。 近些年，随着半导体技术的飞速发展，在微流控芯片制备方面也开始运用半导体 技术。如CN100344964C报道一种利用半导体技术中的光刻、刻蚀、溅射和热压的方法制备的 电化学微流控芯片，其可用于生化分析中的糖类检测。此类微流控芯片的优点是精度较高、 易于批量化生产。但是采用此种半导体技术制备的微流控芯片，通常是采用半导体技术在 玻璃、硅或聚合物衬底上形成微流控沟道，然后再通过半导体工艺在上面沉积电极结构。但 是这种结构下，在侧壁沉积电极金属时，难以控制金属层的均匀性和连续性，从而造成电极 的断路而影响器件效果。又例如，CN103822961A虽然公开了利用微纳加工技术制备了电化 学微流控芯片，但是基本还是典型的利用微纳加工制备的检测电极，而且也是传统注塑制 备的直流沟道，难以实现微流控的精确检测。因此，需要一种简单易行、精度良好、可靠性高 的制备方法制备出具有良好深宽比结构的微流控芯片。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种，以克服现有技 术中的不足。 为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括： 本专利技术实施例提供了一种聚合物微流控芯片的制备方法，其包括： 提供包含有电极的第一聚合物基底，所述电极凸设于所述第一聚合物基体的第一 表面；采用UV-LIGA技术(紫外光源曝光的光刻、电铸和注塑技术)制备形成微流道模具， 再利用所述微流道模具，通过微注塑方式或旋涂、剥离方式制备出包含有微流道的第二聚 合物基体，所述微流道凹设于所述第二聚合物基体的第二表面；将所述第一聚合物基体的第一表面与第二聚合物基体的第二表面相互封接，并使 所述电极至少局部凸露于所述微流道内，实现所述聚合物微流控芯片的封装。 在一些较为优选的实施方案之中，所述的制备方法包括： 提供第一聚合物基体，并在该第一聚合物基体的第一表面依次形成基底金属层和 电极金属层，并在所述电极金属层上形成于所述微流控芯片结构对应的图形化掩膜，之后 利用所述图形化掩膜，采用湿法刻蚀工艺依次对所述电极金属层、基底金属层进行刻蚀，形 成包含有相互间隔设置的工作电极、对电极和参比电极的第一聚合物基底； 以及，将所述第一聚合物基体的第一表面与第二聚合物基体的第二表面相互封 接，并使所述工作电极、对电极和参比电极至少局部凸露于所述微流控通道内，实现所述聚 合物微流控芯片的封装。 本专利技术的一些实施例还提供了由前述任一种方法制备的聚合物基底微流控芯片。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括:采用了基于UV-LIGA技术的用于制备第 二聚合物的微流道模具制备工艺，进而实现了基于硬质、柔性聚合物衬底的高深宽比结构 的微流控检测芯片的高精度、高效制备;而且电极在平面衬底上进行制备，避免了金属电极 在侧壁沉积的不均匀和不连续方面的缺陷;通过UV-LIGA技术制备的金属微流道模具，具有 较大的深宽比范围（1:1~50:1)，以形成不同范围的微流控通道来满足不同领域的微流控 检测需求；另外，利用硬质衬底(硅、玻璃等)结合聚合物材质，可以通过剥离技术实现不同 弯曲度的微流控芯片制备;总之，本专利技术工艺简单、成本低，易于批量化生产，具有极大的市 场应用潜力，所获微流控芯片可用于检测微量物质，例如可用于检测水体中的微量重金属 离子、抗原和抗体生物等。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 本专利技术的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。【附图说明】 此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。 图1为本专利技术一典型实施方案中一种微流控芯片的结构示意图； 图2为本专利技术一典型实施方案中一种微流控芯片内检测电极的结构示意图； 图3为本专利技术一典型实施方案中一种微流控芯片内微流道的结构示意图； 附图标记说明：聚合物衬底1(第一聚合物），金属Ti层2,工作电极层3,微流道4,聚 合物上盖5 (第二聚合物），参比电极6，对电极7，对准标记8。【具体实施方式】 如前所述，鉴于现有技术存在的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得 以提出本专利技术的技术方案，其主要是利用UV-LIGA加工技术，高效、快捷地在聚合物衬底(如 PDMS、C0C、PMMA等)上制备出高精度、高深宽比结构的微流控检测芯片，藉此微流控检测芯 片，能够灵敏、快速的检出微量物质，例如水体中的微量重金属离子、抗原和抗体等。 本专利技术实施例的一个方面提供了一种聚合物微流控芯片的制备方法，其包括：以 UV-LIGA技术制备出微流道模具，然后以微注塑成型的方式或旋涂、剥离方式进行微流道的 制备，形成微流道基体，最后利用粘接或热压等方式将微流道基体与带有电极的电极基体 相连接，形成微流控检测芯片。 在一些实施方案中，所述聚合物微流控芯片的制备方法可以包括： 提供包含有电极的第一聚合物基底，所述电极凸设于所述第一聚合物基体的第一 表面；采用UV-LIGA技术制备形成微流道模具，再利用所述微流道模具，通过微注塑方式 制备出包含有微流道的第二聚合物基体，所述当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物微流控芯片的制备方法，其特征在于包括：提供包含有电极的第一聚合物基底，所述电极凸设于所述第一聚合物基体的第一表面；采用UV‑LIGA技术制备形成微流道模具，再利用所述微流道模具，通过微注塑方式或旋涂、剥离方式制备出包含有微流道的第二聚合物基体，所述微流道凹设于所述第二聚合物基体的第二表面；将所述第一聚合物基体的第一表面与第二聚合物基体的第二表面相互封接，并使所述电极至少局部凸露于所述微流道内，实现所述聚合物微流控芯片的封装。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞，邓敏，李晓波，张方兴，
申请(专利权)人：苏州甫一电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32