一种微流控芯片的微结构模芯及其制造方法技术

一种微流控芯片(40)的微结构模芯(30)及其制造方法，包括步骤：将模芯(30)安装在五轴加工中心的工作台上，并将微铣刀以及微细磨头(20)安装于五轴加工中心的刀架上；微铣刀按预设的第一加工轨迹在模芯(30)的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构(32)；微细磨头(20)按预设的第二加工轨迹在粗加工成形的微凸起阵列结构(32)的表面进行铣磨精加工出所需的微凸起阵列结构(32)；将模芯(20)安装在注塑机上，并加入聚合物颗粒材料进行微注塑成型出微流控芯片(40)；或将模芯(30)安装在热压机上，并加入聚合物块状材料进行热压成型出微流控芯片(40)；该制造方法制成的微流控芯片(40)形状可控，且能够实现批量化生产与制造，降低了生产制造成本。

A kind of microfluidic chip micro structure mold core and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种微流控芯片的微结构模芯及其制造方法
本方案属于微流控芯片
，更具体地说，是涉及一种微流控芯片的微结构模芯及其制造方法。
技术介绍
目前，为了满足分析检测设备微型化、集成化和便携化的需求，其中微流控芯片是微分析检测系统开发的重要研究领域，微流控芯片具有微型化、集成化、试剂消耗量小、选择性好、分析速度快、成本低的优点。通常在微流控芯片的表面设置相应需求的微流道，在指定的微流道口添加对应的试剂，试剂通过微流道进入指定的位置发生反应。传统的微流控芯片流道少，常见的微流控芯片的结构简单，而且流道内部的粗糙度较大，会影响试剂流动性，而且不适宜于较为复杂的试剂检测，使得微流控芯片不能得到更好的利用。为了解决这个问题，市场上通过改进微流控芯片的加工成形的工艺，从而可增加微流控芯片的流道的表面质量和微流控芯片的利用率。传统技术上，在微流控芯片的表面设置微结构流道通常是通过激光束加工、热压印技术等电化学刻蚀加工工艺制作，然而这些加工工艺无法加工出高形状精度和高表面质量的微凹槽阵列结构的芯片，无法保证芯片的微结构的形状尺寸精度以及芯片的利用率。申请内容本方案的目的在于提供一种微流控芯片的微结构模芯及其制造方法，以解决现有技术中由于采用激光加工、电化学刻蚀加工等工艺存在无法保证微流控芯片中的微结构的形状精度及表面质量，以及微流控芯片的利用率低的技术问题。为实现上述目的，本方案采用的技术方案是：提供一种微流控芯片的制造方法，包括以下步骤：将模芯安装在五轴加工中心的工作台上，并将微铣刀以及微细磨头安装于所述五轴加工中心的刀架上；微铣刀按预设的第一加工轨迹在所述模芯的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构；微细磨头按预设的第二加工轨迹在粗加工成形的所述微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工出所需的微凸起阵列结构，且粗加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸大于精加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸；将所述模芯安装在注塑机上，并加入聚合物颗粒材料进行微注塑成型出微流控芯片，且所述微流控芯片的表面具有微凹槽阵列结构。本方案还提供另一种微流控芯片的制造方法，包括以下步骤：将模芯安装在五轴加工中心的工作台上，并将微铣刀以及微细磨头安装于所述五轴加工中心的刀架上；微铣刀按预设的第一加工轨迹在所述模芯的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构；微细磨头按预设的第二加工轨迹在粗加工成形的所述微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工出所需的微凸起阵列结构，且粗加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸大于精加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸；将所述模芯安装在热压机上，并加入聚合物块状材料进行热压成型出微流控芯片，且所述微流控芯片的表面具有微凹槽阵列结构。进一步地，所述五轴加工中心的主轴转速为5000～20000转/分，所述微铣刀的进给深度为0.1～50微米，所述微铣刀的进给速度为10～1000毫米/分。进一步地，所述微凹槽阵列结构包括多个依次连接的微沟道，各所述微沟道的沟槽深度为10～800微米。进一步地，各所述微沟道包括第一沟道、第二沟道、以及连接在所述第一沟道与所述第二沟道之间的过渡沟道，所述第一沟道与所述第二沟道之间的沟槽间隔为10～500微米。进一步地，所述模芯的材质为陶瓷、金刚石、模具钢或者硬质合金。进一步地，所述微流控芯片的材质为聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯或者聚碳酸酯中的一种或者两种以上的混合物。进一步地，所述第一沟道、所述第二沟道、以及所述过渡沟道均包括：第一侧面，第二侧面，与所述第一侧面相对设置；以及，底面，两端分别与所述第一侧面、所述第二侧面连接；所述第一侧面、所述底面以及所述第二侧面围构形成V形、U形或者矩形。本方案还提供了一种微流控芯片的微结构模芯，包括模芯本体，所述模芯本体的表面设置有微凸起阵列结构，所述微凸起阵列结构由微铣刀在所述模芯本体的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构，并利用微细磨头将粗加工成形的所述微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工而成，所述微凸起阵列结构包括多个依次连接的微凸起，各所述微凸起包括第一连接段、第二连接段、以及连接在所述第一连接段与所述第二连接段之间的过渡段。进一步地，所述第一连接段为直线段，所述第二连接段为直线段，所述过渡段为弧形段或者直线段。进一步地，所述第一连接段、所述第二连接段以及所述过渡段的高度均为10～800微米，所述第一连接段、所述第二连接段以及所述过渡段的宽度均为10～500微米，所述第一连接段与所述第二连接段之间的间距为10～500微米。进一步地，所述第一连接段、所述第二连接段以及所述过渡段均包括：第三侧面，第四侧面，与所述第三侧面相对设置；以及，顶面，两端分别与所述第三侧面、所述第四侧面连接；所述第三侧面、所述顶面以及所述第四侧面围构形成V形、U形或者矩形。有益效果本方案提供的微流控芯片的微结构模芯及其制造方法的有益效果在于：与现有技术相比，本方案微流控芯片的制造方法，通过利用利用微铣刀在模芯的表面铣削出具有特定形状的微凸起阵列结构，再利用微细磨头在粗加工成形的微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工出高精度的微凸起阵列结构，最后将加工完成的模芯安装在注塑机上加入聚合物颗粒材料进行微注塑成型加工，高效注塑成型出高质量的具有微凹槽阵列结构的微流控芯片，或者将加工完成的模芯安装在热压机上加入聚合物块状材料进行热压成型加工，热压成型出高质量微结构的微流控芯片，其形状可控，有效提高了微流控芯片表面的利用率，解决了现有技术由于采用激光束加工等电化学刻蚀加工工艺来制作微流控芯片的微结构导致无法保证微结构加工的形状和尺寸精度以及加工质量的问题；且能够实现微流控芯片的批量化生产与制造，极大地降低了生产制造成本。附图说明为了更清楚地说明本方案实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本方案实施例提供的一种微流控芯片的制造方法的流程图；图2为本方案实施例提供的另一种微流控芯片的制造方法的流程图；图3为本方案实施例提供的微流控芯片所采用的微结构模芯的加工示意图；图4为本方案实施例提供的一个微结构模芯的俯视图；图5为沿图4中A-A线的剖视结构图；图6为图5中B处的局部放大示意图；图7为本方案实施例提供的一个微流控芯片的立体结构示意图；图8为图7的俯视图；图9为沿图8中C-C线的剖视结构图；图10为图9中D处的局部放大示意图；图11为本方案实施例提供的另一个微结构模芯的俯视图；图12为沿图11中E-E线的剖视结构图；图13为本文档来自技高网...

【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：/n将模芯安装在五轴加工中心的工作台上，并将微铣刀以及微细磨头安装于所述五轴加工中心的刀架上；/n微铣刀按预设的第一加工轨迹在所述模芯的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构；/n微细磨头按预设的第二加工轨迹在粗加工成形的所述微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工成形出所需的微凸起阵列结构，且粗加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸大于精加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸；/n将所述模芯安装在注塑机上，并加入聚合物颗粒材料进行微注塑成型出微流控芯片，且所述微流控芯片的表面具有微凹槽阵列结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微流控芯片的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
将模芯安装在五轴加工中心的工作台上，并将微铣刀以及微细磨头安装于所述五轴加工中心的刀架上；
微铣刀按预设的第一加工轨迹在所述模芯的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构；
微细磨头按预设的第二加工轨迹在粗加工成形的所述微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工成形出所需的微凸起阵列结构，且粗加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸大于精加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸；
将所述模芯安装在注塑机上，并加入聚合物颗粒材料进行微注塑成型出微流控芯片，且所述微流控芯片的表面具有微凹槽阵列结构。


2.一种微流控芯片的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
将模芯安装在五轴加工中心的工作台上，并将微铣刀以及微细磨头安装于所述五轴加工中心的刀架上；
微铣刀按预设的第一加工轨迹在所述模芯的表面粗加工铣削成形出具有特定形状的微凸起阵列结构；
微细磨头按预设的第二加工轨迹在粗加工成形的所述微凸起阵列结构的表面进行铣磨精加工成形出所需的微凸起阵列结构，且粗加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸大于精加工成形的所述微凸起阵列结构的尺寸；
将所述模芯安装在热压机上，并加入聚合物块状材料进行热压成型出微流控芯片，且所述微流控芯片的表面具有微凹槽阵列结构。


3.如权利要求1或者2任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于：所述五轴加工中心的主轴转速为5000～20000转/分，所述微铣刀的进给深度为0.1～50微米，所述微铣刀的进给速度为10～1000毫米/分。


4.如权利要求1或2任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于：所述微凹槽阵列结构包括多个依次连接的微沟道，各所述微沟道的沟槽深度为10～800微米。


5.如权利要求4所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于：各所述微沟道包括第一沟道、第二沟道、以及连接在所述第一沟道与所述第二沟道之间的过渡沟道，所述第一沟道与所述第二沟道之间的沟槽间隔为10～500微米。


6.如权利要求1或2任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁艳军，陈福民，伍晓宇，周超兰，彭启洋，章嘉涛，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44