一种3D微通道的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种3D微通道的制作方法，其采用低熔点的焊锡丝构建一个3D微通道模板即微通道图案；利用恒温箱低温固化放置有3D微通道模板的PDMS；对PDMS固化体的顶部进行切除处理以得到3D微通道的两个端口；利用恒温箱高温熔融3D微通道模板，使用注射管和长细软管将熔融的焊锡丝尽量全部挤出；使用注射管使盐酸溶液在3D微通道内反复流动以溶解3D微通道的内壁上剩余的焊锡丝；使用注射管使纯净水在3D微通道内反复流动以清洗器件；优点是其对制作设备要求低，工艺过程简单，且制作得到的3D微通道对微流体的处理能力强。

A fabrication method of 3D microchannel

【技术实现步骤摘要】
一种3D微通道的制作方法
本专利技术涉及一种微流控芯片中微通道的制作技术，尤其是涉及一种3D微通道的制作方法。
技术介绍
微机电技术的发展为微流控芯片提供了工艺基础，使得在一个基片上能够集成多种微流操作单元，为微流控芯片的应用创造了条件。微流控芯片可以在一个若干平方厘米的基片上完成生化分析，相比于常规实验室分析，微流控芯片具有较多优点，如体积极大缩小、分析所使用的试剂大大减小、分析时间也获得很大缩短，并且可以较易实现分析自动化，因此，微流控芯片自专利技术以来，获得了快速发展，并已迅速渗透到了多个领域，并影响到了人们的生活，每年都有大量关于微流控芯片的研究成果报道。目前，微流控芯片在DNA分析、细胞分析、蛋白质分析、毒品检测、环境监测、食物安全等领域获得了广泛应用。微通道是微流控芯片中的最基础单元，它为微流控芯片中微流体提供输运通道，为微流分析过程中的试剂和样品进行预处理、混合、反应等一系列操作提供基础，是微流控芯片必不可少的单元。因此，微流控芯片的制作，其中很大一个关键是微通道的制作，合适的微通道结合控制、检测单元，方可完成微流分析。目前，现有的微通道大多是平面型微通道，在两维平面内采用软光刻或模铸法实现微通道制作。这种微通道的一个缺点是，对于通过增加微通道长度达到混合目的操作单元，会增加微流控芯片的整体尺寸，且微通道在平面内不需相交叉的地方，无法实现交叉设计，对微通道的整体设计带来一定的局限性。同时，目前典型的微通道制作方法，往往借助微机电系统(MEMS，micro-electro-mechanicalsystem)技术，有一定的设备要求，对普通的、条件受限的实验室进行微流控芯片制作有一定的困难，因此需要有新的微通道制作方法，以克服两维平面内微通道设计受限的问题。为解决两维平面内微通道设计制作交叉受限问题，有人专利技术了3D微通道的微流控芯片。由于纸基片微流控芯片制作相对简单，且制作及分析成本相对较低，因此，3D纸基片微流控芯片得到了发展。3D纸基片微流控芯片是通过纸基片叠层实现3D微通道，从而使微流体在3D微通道内输运，并实现3D微流控芯片纸基微流分析。3D纸基片微流控芯片虽然可以实现部分微流分析，但它对微流体处理能力较弱，如样品预处理操作、混合操作、微流流向控制、富集、萃取等微流体操作在纸基片上难以实现。因此，3D纸基片微流控芯片较适合无需复杂的微流操作、简单的微流分析，应用受到了一定的限制。3D聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道可以克服3D纸基片微流控芯片存在的缺点，它可以在3D空间内实现多种微流操作，因此，专利技术了激光刻蚀3D微通道的微流控芯片。3D微通道的图案通过预先设计，并控制激光刻蚀位置，实现PDMS的3D微通道及其它微流单元的制作。激光刻蚀方法可以方便地实现3D微通道，但设备昂贵，有待改进。3D打印机的出现，为3D微通道的微流控芯片提供了工艺条件，3D打印机不仅可以打印两维平面内微通道的微流控芯片，而且也可以实现3D微通道的微流控芯片。如期刊《电解分析.Electroanalysis》2018年第30卷第1期101-108页公开了《3D-printedmicrofluidicdevicebasedoncottonthreadsforamperometricestimationofantioxidantsinwinesamples》(《基于棉线3D打印微流器件安培检测葡萄酒样品中抗氧化剂》)，它采用丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物结合棉线打印3D微通道，作为试剂微流体输运通道，在检测区采用丝网印刷碳电极作为电化学检测器，检测葡萄酒样品中五倍子酸和咖啡酸含量。利用3D打印机打印3D微流器件的优点是制作工艺简单，能制作各种两维或三维微通道及其它微流单元，但缺点是3D打印机的价格仍然较为昂贵，对于普通实验室来说，是一种昂贵的设备，因此，3D打印方法制作3D微通道的微流控芯片受条件限制。因此，需要研究一种更为简单、设备要求更低的3D微通道和其它微流单元的制作方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种3D微通道的制作方法，其对制作设备要求低，工艺过程简单，且制作得到的3D微通道对微流体的处理能力强。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种3D微通道的制作方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：采用低熔点的焊锡丝构建一个3D微通道模板；步骤二：在第一容器中加入未固化的PDMS；然后将盛有未固化的PDMS的第一容器置于恒温箱中，使PDMS固化，得到厚度为1～2毫米的PDMS垫块；接着从恒温箱中取出第一容器后，将3D微通道模板放入第一容器中且位于PDMS垫块的上方，并使3D微通道模板的两端朝上；之后向第一容器中倒入未固化的PDMS，使3D微通道模板完全没入未固化的PDMS中；再将盛有未固化的PDMS且已放入3D微通道模板的第一容器置于恒温箱中，使PDMS固化，得到含有3D微通道模板的PDMS固化体；步骤三：从恒温箱中取出PDMS固化体；然后对PDMS固化体的顶部进行切除处理以得到3D微通道的两个端口，3D微通道的其中一个端口的位置与3D微通道模板的其中一端的位置对应，3D微通道的另一个端口的位置与3D微通道模板的另一端的位置对应；步骤四：在3D微通道的任意一个端口上连接一根长细软管；然后将连接有长细软管的PDMS固化体置于第二容器中，再将第二容器置于恒温箱中以熔融3D微通道模板，并使长细软管的自由端通过恒温箱微开的门移出于恒温箱外，连接一根注射管；接着反复推压注射管，利用气压将熔融的焊锡丝尽量全部通过3D微通道的另一个端口挤出，得到3D微通道；步骤五：从恒温箱中取出PDMS固化体；然后将PDMS固化体置于盛有盐酸溶液的第三容器中；接着反复推拉注射管，使得盐酸溶液在3D微通道内反复流动以溶解3D微通道的内壁上剩余的焊锡丝；之后将PDMS固化体换置于盛有纯净水的第四容器中；再反复推拉注射管，使得纯净水在3D微通道内反复流动进行清洗；步骤六：在3D微通道的另一个端口上连接一根短细软管，切除长细软管的部分使其长度与短细软管的长度一致，分别作为微流体输入软管和微流体输出软管，至此完成3D微通道的制作。所述的步骤一中，焊锡丝的熔点为138℃。所述的步骤一中，所述的3D微通道模板呈螺旋型结构。在此，将3D微通道模板设计成螺旋型结构，这样最终制成的3D微通道也是螺旋型结构的；在具体设计时可根据需要设计不同形状的3D微通道模板以得到不同形状的3D微通道。所述的步骤二中，恒温箱的温度为75～95℃，恒温时间为0.8～1.2小时。利用恒温箱固化PDMS时可选择恒温温度相对低些而恒温时间稍长些，使PDMS的固化效果更好。所述的步骤四中，长细软管的长度大于或等于50厘米。由于长细软管的自由端需移出至恒温箱外连接注射管，因此长细软管的长度应当稍长些。所述的步骤四中，恒温箱的温度为180～220℃，恒温时间为3～5分钟。利用恒温箱熔融焊锡丝，由于焊锡丝的熔点为138℃，因此需将恒温箱的恒温温度设置成高于焊锡丝的熔点，若恒温温度稍高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D微通道的制作方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：采用低熔点的焊锡丝构建一个3D微通道模板；/n步骤二：在第一容器中加入未固化的PDMS；然后将盛有未固化的PDMS的第一容器置于恒温箱中，使PDMS固化，得到厚度为1～2毫米的PDMS垫块；接着从恒温箱中取出第一容器后，将3D微通道模板放入第一容器中且位于PDMS垫块的上方，并使3D微通道模板的两端朝上；之后向第一容器中倒入未固化的PDMS，使3D微通道模板完全没入未固化的PDMS中；再将盛有未固化的PDMS且已放入3D微通道模板的第一容器置于恒温箱中，使PDMS固化，得到含有3D微通道模板的PDMS固化体；/n步骤三：从恒温箱中取出PDMS固化体；然后对PDMS固化体的顶部进行切除处理以得到3D微通道的两个端口，3D微通道的其中一个端口的位置与3D微通道模板的其中一端的位置对应，3D微通道的另一个端口的位置与3D微通道模板的另一端的位置对应；/n步骤四：在3D微通道的任意一个端口上连接一根长细软管；然后将连接有长细软管的PDMS固化体置于第二容器中，再将第二容器置于恒温箱中以熔融3D微通道模板，并使长细软管的自由端通过恒温箱微开的门移出于恒温箱外，连接一根注射管；接着反复推压注射管，利用气压将熔融的焊锡丝尽量全部通过3D微通道的另一个端口挤出，得到3D微通道；/n步骤五：从恒温箱中取出PDMS固化体；然后将PDMS固化体置于盛有盐酸溶液的第三容器中；接着反复推拉注射管，使得盐酸溶液在3D微通道内反复流动以溶解3D微通道的内壁上剩余的焊锡丝；之后将PDMS固化体换置于盛有纯净水的第四容器中；再反复推拉注射管，使得纯净水在3D微通道内反复流动进行清洗；/n步骤六：在3D微通道的另一个端口上连接一根短细软管，切除长细软管的部分使其长度与短细软管的长度一致，分别作为微流体输入软管和微流体输出软管，至此完成3D微通道的制作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种3D微通道的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：采用低熔点的焊锡丝构建一个3D微通道模板；
步骤二：在第一容器中加入未固化的PDMS；然后将盛有未固化的PDMS的第一容器置于恒温箱中，使PDMS固化，得到厚度为1～2毫米的PDMS垫块；接着从恒温箱中取出第一容器后，将3D微通道模板放入第一容器中且位于PDMS垫块的上方，并使3D微通道模板的两端朝上；之后向第一容器中倒入未固化的PDMS，使3D微通道模板完全没入未固化的PDMS中；再将盛有未固化的PDMS且已放入3D微通道模板的第一容器置于恒温箱中，使PDMS固化，得到含有3D微通道模板的PDMS固化体；
步骤三：从恒温箱中取出PDMS固化体；然后对PDMS固化体的顶部进行切除处理以得到3D微通道的两个端口，3D微通道的其中一个端口的位置与3D微通道模板的其中一端的位置对应，3D微通道的另一个端口的位置与3D微通道模板的另一端的位置对应；
步骤四：在3D微通道的任意一个端口上连接一根长细软管；然后将连接有长细软管的PDMS固化体置于第二容器中，再将第二容器置于恒温箱中以熔融3D微通道模板，并使长细软管的自由端通过恒温箱微开的门移出于恒温箱外，连接一根注射管；接着反复推压注射管，利用气压将熔融的焊锡丝尽量全部通过3D微通道的另一个端口挤出，得到3D微通道；
步骤五：从恒温箱中取出PDMS固化体；然后将PDMS固化体置于盛有...

【专利技术属性】
技术研发人员：章安良，
申请(专利权)人：武夷学院，
类型：发明
国别省市：福建;35