一种微流控芯片的简易快捷键合方法技术

本发明专利技术公开了一种微流控芯片的简易快捷键合方法，使用保护膜封盖带有开放式微通道或微腔体结构的基片，形成完整封闭的微流控芯片，所述微流控芯片包括具有可重组装特点的可逆键合型微流控芯片或具有高键合强度特点的不可逆键合型微流控芯片。本方法不受微流控芯片基质材料限制，适用于多种材质的微流控芯片制作，也无需超净环境和热压机、高温退火炉、阳极键合机、等离子清洗机、紫外臭氧清洗剂等辅助设备，同时避免了键合过程中微结构变形和微通道堵塞等问题，简化了微流控芯片键合的工艺流程、缩短了芯片生产时间、提高了微流控芯片键合的成品率，有利于促进微流控芯片批量化生产制备和应用普及。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微精细加工领域，具体涉及一种微流控芯片的简易快捷键合方法。
技术介绍
近年来，微流控芯片作为一种新的技术平台，以其分析速度快、试剂消耗少、应用成本低、易集成和自动化等优势，在生物、医学和化学领域受到广泛关注和得到越来越多的应用。目前制作微流控芯片的基质材料主要有硅、玻璃和高分子聚合物三大类，而高分子聚合物材料主要包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、环烯烃共聚物(COC)等几种类型。根据基质材料不同，微流控芯片的制作方法也各不相同。总体而言，微流控芯片的制作主要包括微结构(例如微通道、微腔体、微孔等)的加工和芯片的键合。其中键合的作用就是通过一定方法将芯片基片表面预成型的微结构(包括微通道、微阀、微腔体、微孔等)封盖起来形成封闭的微管道或微腔体结构，是微流控芯片制作过程中最重要的步骤之一。根据所加工的基质材料不同，键合方法也各不相同。比如，硅和玻璃材质的微流控芯片一般采用高温熔融键合和阳极键合，键合过程一般需要超净环境，熔融键合对键合材料的平整度以及键合过程中的温度控制要求非常高，需要高温退火炉等设备，通常键合成品率不高。阳极键合也需要相关的辅助设备，对玻璃材质要求较高，不适于广泛推广。聚合物材质的微流控芯片目前比较典型的键合方法主要有热压键合法、胶黏剂键合法、表面活化辅助键合法和有机溶剂辅助键合法等。热压键合法需要复杂的真空热压设备，且该键合方法易导致微结构变形，耗时长，难以满足大批量微流控芯片的快速制备及生产；而胶黏剂键合法存在易堵塞微通道的缺陷；表面活化辅助键合法通常是使用氧等离子体或紫外辐射对有机聚合物材料键合界面进行活化并完成键合的一种工艺，是一种快速高效的键合方法，但是该类键合方法需要等离子清洗机或紫外臭氧清洗机等辅助设备，且往往只适用于弹性和柔顺性较好的聚合物(如PDMS等)，而对于弹性和柔顺性较好的聚合物来说，键合过程容易导致其中深宽比较小的管道或腔体等结构的塌陷，限制了其应用范围；有机溶剂辅助键合法是在芯片键合界面涂布有机溶剂，利用有机溶剂轻微溶解界面处聚合物形成黏合剂实现芯片封合，该键合法简单易行，键合强度较高，但是键合程中极易导致有机溶剂进入微通道，造成通道阻塞或形变。总之，现有的微流控芯片键合方法在实际应用过程中存在各种实际问题，严重阻碍了微流控芯片的大批量、低成本制造，从而限制其在各个领域的广泛应用。因此，迫切需要发展一种快速简便、成本低廉的微流控芯片的键合方法，加速微流控芯片的批量化制备及生产，促进微流控技术的研究和广泛应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种微流控芯片的简易快捷键合方法，所述键合方法不受微流控芯片基质材料限制，适用于多种材质的微流控芯片制作，也无需复杂的条件设备。为实现上述专利技术目的，具体提供了如下的技术方案：一种微流控芯片的简易快捷键合方法，使用保护膜封盖带有开放式微通道或微腔体结构的基片，形成完整封闭的微流控芯片，所述微流控芯片包括具有可重组装特点的可逆键合型微流控芯片或具有高键合强度特点的不可逆键合型微流控芯片。优选的，所述保护膜为透明的，所述保护膜材质为聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，厚度为30～300μm。优选的，所述基片为片状材料，除其表面微通道或微腔体结构区域外，其余部分光滑平整。优选的，所述基片材质为硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物或环氧树脂。优选的，制备可逆键合型微流控芯片包括如下步骤：(1)清洗带有开放式微通道或微腔体结构的基片，去除表面杂质和污迹；(2)切取一片与上述基片大小一致的保护膜；(3)移除所切取保护膜上的保护层，并将保护膜贴合面与上述基片结构面对准贴合；(4)挤压上述贴合的保护膜，除去残留的气泡，完成键合。基于上述步骤制作的微流控芯片键合强度较低，属于可逆键合，可实现拆解和重组装，即其结构基片-封盖两层结构可无损分开，应用于后续开放式分析检测，或者清洗后重新组装，实现重复应用。优选的，制备不可逆键合型微流控芯片包括如下步骤：(1)清洗带有开放式微通道或微腔体结构的基片，去除表面杂质和污迹；(2)切取一片形状对应于上述基片微结构区域外围轮廓且面积稍大的保护膜；(3)移除上述所切取保护膜上的保护层，并将保护膜贴合面与上述基片结构面对准贴合；(4)挤压上述贴合的保护膜，除去残留的气泡；(5)在上述贴合的保护膜背面及周围基片表面涂上一层粘结胶；(6)另取一大小与上述结构基片一致的干净基片作为盖片，对准贴合于上述结构基片的涂胶面，并挤压排除多余的粘结胶；(7)固化粘结胶，完成键合。这里通过两片硬度较大的基片结合粘结胶夹持自然贴合的胶片封盖层，可以极大地限制封盖层的形变，防止封盖层在外加压强的情况下发生形变导致微管道泄漏，从而大大增强封盖层与结构化基片的键合强度，提高微流控芯片应用中耐受外加压强的能力。其中所述步骤(2)中切取的保护膜轮廓线相对于基片上微结构整体图形外围轮廓线略向外扩增，一方面确保封盖层覆盖所有微结构，避免粘结胶进入堵塞微通道；另一方面也保证上下两片基片有尽量大的粘结面积，确保夹心式结构的夹持强度。优选的，制备不可逆键合型微流控芯片步骤2)切取的保护膜轮廓线相对于带有开放式微通道或微腔体结构的基片图形外围轮廓线向外扩增1～5mm。优选的，制备不可逆键合型微流控芯片步骤(5)所述粘结胶为紫外胶、环氧树脂胶、酚醛树脂胶或硅橡胶。优选的，制备不可逆键合型微流控芯片步骤(7)所述固化，可根据所用粘结胶的种类，采用不同固化方式，紫外胶采用光辐射方式加速固化过程，环氧树脂胶、酚醛树脂胶或硅橡胶采用加热方式加速固化过程。本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开的一种微流控芯片的简易快捷键合方法，通过范德华力和静电吸附等作用使其自然贴附于光滑平整表面，简便快速封盖带有开放式微通道或微腔体结构的基片，形成封闭式的微流控芯片；该键合方法既可通过直接贴合制作具有可重组装特点的可逆键合型微流控芯片，也可通过背面进一步粘接硬质基片形成夹心结构，制作具有高键合强度特点的、不可逆键合型微流控芯片。不受微流控芯片基质材料限制，适用于多种材质的微流控芯片制作，也无需超净环境和热压机、高温退火炉、阳极键合机、等离子清洗机、紫外臭氧清洗剂等辅助设备，同时避免了键合过程中微结构变形和微通道堵塞等问题，简化了微流控芯片键合的工艺流程、缩短了芯片生产时间、提高了微流控芯片键合的成品率，有利于促进微流控芯片批量化生产制备和应用普及。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图：图1表示用于制作可逆键合型微流控芯片的流程示意图；图2表示用于制造高键合强度、不可逆键合型微流控芯片的流程示意图；图3表示本专利技术方法实施例1制作的具有可逆键合特点的蛋白质结晶芯片实物照片；图4表示本专利技术方法实施例2制作的具有高键合强度玻璃材质液滴微流控芯片的实物照片。具体实施方式下面对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。实施例1参照图1所示的用于制作可逆键合型微流控芯片的流程示意图，基于本专利技术方法加工的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流控芯片的简易快捷键合方法，其特征在于，使用保护膜封盖带有开放式微通道或微腔体结构的基片，形成完整封闭的微流控芯片，所述微流控芯片包括具有可重组装特点的可逆键合型微流控芯片或具有高键合强度特点的不可逆键合型微流控芯片。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片的简易快捷键合方法，其特征在于，使用保护膜封盖带有开放式微通道或微腔体结构的基片，形成完整封闭的微流控芯片，所述微流控芯片包括具有可重组装特点的可逆键合型微流控芯片或具有高键合强度特点的不可逆键合型微流控芯片。2.根据权利要求1所述一种微流控芯片的简易快捷键合方法，其特征在于，所述保护膜为透明的，所述保护膜材质为聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯，厚度为30～300μm。3.根据权利要求1所述一种微流控芯片的简易快捷键合方法，其特征在于，所述基片为片状材料，除其表面微通道或微腔体结构区域外，其余部分光滑平整。4.根据权利要求1所述一种微流控芯片的简易快捷键合方法，其特征在于，所述基片材质为硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、环烯烃共聚物或环氧树脂。5.根据权利要求1所述一种微流控芯片的简易快捷键合方法，其特征在于，制备可逆键合型微流控芯片包括如下步骤：(1)清洗带有开放式微通道或微腔体结构的基片，去除表面杂质和污迹；(2)切取一片与上述基片大小一致的保护膜；(3)移除所切取保护膜上的保护层，并将保护膜贴合面与上述基片结构面对准...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，库晓永，庄贵生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50