微流控芯片的制造方法技术

本发明专利技术提供一种微流控芯片的制造方法,包括以下步骤：步骤S1：准备作为介电层的薄膜；步骤S2：在所述介电层上形成电路层；步骤S3：将由步骤S2得到的薄膜结构与加固层相结合；步骤S4：在步骤S3之后在所述薄膜的未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层。本发明专利技术工艺简单，降低了成本，且生产的微流控芯片具有良好的性能。

Fabrication method of microfluidic chip

The invention provides a method for fabricating a microfluidic chip, including the following steps: preparing a thin film as a dielectric layer; forming a circuit layer on the dielectric layer; combining a thin film structure obtained from the thin film structure obtained from the thin film structure obtained from the thin film structure of the microfluidic chip with a reinforcing layer; and forming a thin film after the thin film is formed after the thin film structure of the thin film is prepared from the thin film structure of the thin film of the A hydrophobic layer is coated on one side of the circuit layer. The invention has simple process and low cost, and the microfluidic chip produced has good performance.

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片的制造方法
本专利技术涉及微流控芯片领域，特别涉及一种微流控芯片的制造方法。
技术介绍
微流控，是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，在DNA芯片、芯片实验室、微进样技术和微热力学技术等方向得到了发展。微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵、电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，在芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统。芯片集成的单元部件越来越多，且集成的规模也归来越大，使着微流控芯片有着强大的集成性。同时可以大量平行处理样品，具有高通量的特点，分析速度快、耗低，物耗少，污染小，分析样品所需要的试剂量仅几微升至几十个微升，被分析的物质的体积甚至在纳升级或皮升级。因此，微流控分析系统在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。传统的微流控芯片，利用MEMS微加工技术在芯片上集成微阀、微泵、微小电极和微小传感器等器件，同时在芯片表面刻蚀出微型沟道，通过流体在沟道中的流动完成分离、运输、检测等分析过程。微流控芯片又可分为连续微流控芯片和数字微流控芯片。其中连续微流控芯片的操控对象为连续流体，而数字微流控芯片的操控对象为单个独立的微液滴。数字微流控芯片(DMF)是近10年来发展迅猛的一种新兴技术，以控制实现单个或多个离散液滴在芯片平面上运动为基础，利用液滴表面的电湿润现象，通过向芯片极板电极上施加电压，从而改变芯片介电层与其上液滴的固液表面张力，实现液滴在平面上的灵活运动。由于数字微流控芯片的操控对象是单个或者多个独立的液滴，而液滴本身不需要隔断，所以数字微流控芯片避开了微阀的设计，且液滴的移动由电极阵列所释放的驱动电场完成，故无需微泵推动液体流动的功能，构造简易且易于实现集成化。相对于连续微流控芯片还具有如下优点：消耗样品剂量少，不易造成浪费，同时使样品处理更便捷省时；其可对任何样品进行操控，应用范围广泛。最主流的数字微流控芯片的制作工艺是利用MEMS制造工艺制作。MEMS制作工艺一般使用单晶硅或者二氧化硅为基底材料。这种工艺可以实现叠层的电路、层厚极小的金属层以及间隙极小的阵列等设计。这些设计特点能够有效的提升数字微流控芯片的性能，具有良好效果，但是成本很高，不适于生产一次性使用的数字微流控芯片。现代工艺还采用PCB制作工艺来制作数字微流控芯片，PCB的制作工艺与MEMS制造工艺有一定相似性，都是采用光蚀刻，因PCB制作工艺是一种广泛使用的商业制造工艺，所以其在制作成本上有一定的优势，可以实现大规模生产，但是制作的数字微流控芯片性能较差。最近几年出现了一种用喷墨打印机制作数字微流控芯片的工艺，这种工艺一般使用纸质、PET、PI等柔性基材，通过喷墨打印机将纳米银墨水打印在基材上并且固化而制成电路。由于该工艺是采用微孔喷墨打印在纸质的材料上，所以生产出的数字微流控芯片有柔软、低成本、高精度等特点。通过喷墨打印实现的数字微流控芯片虽然性能好，成本低，但是因为喷墨打印的喷头只有一个，只能连续打印一个图形，无法形成规模生产也无法做出叠层电路的结构。且喷墨打印导电材料会频繁产生堵头问题，需要浪费大量昂贵的墨水来疏通或更换喷头，增加了成本。专利文献1:CN201310074476.5公开了一种基于纳米材料电极修饰的电化学集成数字微流控芯片，提供了一种可实施的制备工艺如下：(a)下极板绝缘衬底上采用旋涂、蒸发、溅射等工艺形成金属薄膜，通过一步光刻刻蚀方法形成驱动电极和集成电化学电极；(b)通过旋涂、物理溅射、化学气相沉积等方法制备绝缘介电层，通过光刻刻蚀方法形成集成电化学电极上的“凹坑”以裸露电化学电极；(c)通过旋涂、蒸发、溅射成膜等方法制备疏水层，并通过光刻刻蚀方法去掉电化学电极上的部分。专利文献2：CN201010553307.6公开了一种基于数字微流控技术的电化学传感器芯片，提供的具体实施步骤如下：底层：1)衬底的制备；2)电极层的淀积，并图形化；3)绝缘层的制备；4)三电极的淀积，并图形化；5)疏水层的制作和图形化。以上制备步骤都是在衬底上形成电极后制备介电层和/或疏水层，无论采用何种方法制备，这样的顺序都会导致电极间不可忽视的间隙，从而影响液滴移动。图1为采用涂布法(包括旋涂、辊涂、喷涂等)或沉积法(包括物理溅射、化学气相沉积等)制备介电层的芯片结构示意图，如图1所示，介电层厚度均匀与形成的电极能够完全贴合，然而介电层上存在电极间的间隙，加重介电层的粗糙度造成液滴移动困难。图2为采用覆膜法制备介电层的芯片结构示意图，如图2所示，覆膜法是将已制备的薄膜与电极贴合，然而介电层下部存在电极间的间隙产生微小的波浪形台阶，导致液体移动受阻。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种微流控芯片的制造方法,包括以下步骤：步骤S1：准备作为介电层的薄膜；步骤S2：在所述介电层上形成电路层。数字微流控芯片的基础是介电润湿效应，即通过在绝缘介电层下方的电路层施加电压，利用电场的诱导作用来改变置于其固体界面上的微液滴的亲疏水性，从而利用表面张力驱动微液滴。本专利技术直接在介电层上形成所需电路层，所以电路层与介电层能够充分接触，使得电路层、介电层、位于介电层上与电路层相对一面的微液滴三者构成一个等效的平板电容，这样当对电路层施加电压时，可以有效地避免电路层和微液滴之间的电荷交换而导致微液滴发生电解现象，从而使之能够承受更大的电压。电路层上未加电压时，微液滴、空气、介电层与电路层组成的薄膜结构保持三相平衡的状态，且微液滴的接触角非常大，电路层加上电压后，介电层上的微液滴接触面处迅速感应出大量负电荷，而负电荷间的相互排斥降低了液滴向两侧铺展所需能量，使得微液滴与疏水层接触面处的表面张力减弱，从而使得微液滴接触角变小，液滴由疏水状态变为亲水状态，且施加的电压越大，液滴铺展的范围也越大。不同于传统芯片中先形成电路层而后形成介电层，因电路层厚度的不同会在电路层的电极间留有间隙，影响微液滴的移动。本专利技术先形成介电层，在介电层上形成电路层，从而不会产生间隙，利用介电层的平整表面承载液滴样品，使液滴样品在受到驱动时不被阻挡，顺畅移动。将电路层凹凸不平的面置于下方，覆盖保护涂料或与任何衬底材料贴合，虽然也会留有间隙但因其不与微液滴接触，并不会影响微液滴的移动。且本专利技术制造方法产生的间隙问题可以通过增厚底部保护涂料(充当衬底的功能)来掩盖，而且不影响性能。而传统工艺若通过增厚介电层厚度掩盖电极间间隙，则会影响电极电压，芯片性能变差。优选的,在步骤S2中形成的电路层包括电极层以及电线层，电极层与电线层以共层的形式处于同一层。电极层由按需设计的多个单电极组成，微液滴位于一个单电极上且其周缘部接触到另外的单电极，当电极上未被加上电压时，微液滴在电极上方保持疏水平衡的状态，当一侧电极被施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片的制造方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤S1：准备作为介电层的薄膜；步骤S2：在所述介电层上形成电路层。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片的制造方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤S1：准备作为介电层的薄膜；步骤S2：在所述介电层上形成电路层。2.如权利要求1所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,在所述步骤S2中形成的所述电路层包括电极层以及电线层，所述电极层与所述电线层以共层的形式处于同一层。3.如权利要求1所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,在所述步骤S2中，在所述介电层上依次形成电极层、绝缘层以及电线层，所述电极层、所述绝缘层以及所述电线层共同构成所述电路层且以堆叠的形式形成为多层结构。4.如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,在所述步骤S1中准备的薄膜为双层结构的薄膜，其中一层为用作所述介电层的功能膜，另一层为离型膜。5.如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,在所述步骤S1中准备的薄膜为单层结构的薄膜。6.如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,在所述步骤S2中利用印刷、打印或者蚀刻的方式形成所述电路层。7.如权利要求4所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,还包括以下步骤：步骤S3：将由步骤S2得到的薄膜结构进行加固处理。8.如权利要求3所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,所述步骤S2具体包括如下子步骤：步骤S21：在所述介电层上通过印刷形成所述电极层；步骤S22：对在所述步骤S21中得到的所述电极层进行固化；步骤S23：在由所述步骤S22固化后的所述电极层上形成所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丛余，
申请(专利权)人：上海仁敬生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31