柔性微流道制备方法以及传感器技术

本发明专利技术涉及柔性微流道制备方法以及传感器。具有微流道的元件的制备中包括如下步骤：使用油墨材料经3D打印而一体成型微流道结构，所述油墨材料包括两种或两种以上的具有不同杨氏模量的油墨基材，所述微流道具有连续的或不连续的杨氏模量的梯度变化。

Fabrication of flexible microchannel and sensor

【技术实现步骤摘要】
柔性微流道制备方法以及传感器
本专利技术属于电子电器领域，具体涉及具有柔性的电子器件以及制备领域，更具体而言，涉及具有微流道结构的柔性电子传感器领域。
技术介绍
生物体的腺体分泌液中蕴含着各种各样的生理物质，这些物质的含量直接反映了生物体的生理健康。如，研究人员可以利用汗液中的葡萄糖含量监测，推知被测者的血糖水平，借此达到疾病的预警和初步诊断。微流体器件是一类采用微流道和微流控技术制备的柔性传感器，可以实现体表处微量分泌液的提取，在取得样品的同时，可以进行生理参数的测量，并反映出腺体分泌液的流体特性，有研究表明，皮肤汗液压力就与一些生理疾病有关。同时，由于微流体器件具有轻薄的特点，不会为生物体带来不适，将其贴附在身上，可以无创伤无痛苦的进行疾病实时监测。所以，近些年来微流道被广泛的制备在柔性电子器件之中。传统的制备方法中，一些文献报道了通过光刻方式进行微流道的制备，Martinez研究了利用光刻技术在纸基体中制作疏水屏障壁，从而在纸上形成微流体通道。疏水性光刻胶聚合物提供了一个非常好的物理屏障，它限制了液体进入纸张的流经途径。另外的一些研究报道了通过打印或浇注的方式进行微流道的制备。引用文献1公开一种基于三维打印快速制作微流道的方法。该方法包括以下具体步骤：S1.利用计算机辅助软件设计出流道的形状，并保存为STL模型；S2.利用切片软件将STL模型转化成三维打印机的打印路径轨迹；S3.按设计轨迹，利用三维打印将PVA水溶性材料打印在打印基板上，制得流道掩模；S4.取下打印基板，在其上浇筑胶水后静置；之后使得PVA溶解制得微流道。引用文献2公开了一种基于FDM三维打印的异型截面微流道芯片的加工方法，包括下述步骤：步骤1：加工具有异型微孔的FDM喷嘴；步骤2：打印出异型截面微流道ABS阳模；步骤3：制作PDMS基底；步骤4：将ABS阳模转移至PDMS基底的上方，浇注PDMS溶液并依次进行固化、切片得到PDMS块；步骤5：在PDMS块上ABS阳模的两端处加工垂直通孔；步骤6：将PDMS块浸入ABS溶解液溶解掉ABS阳模；步骤7：向垂直通孔的一侧注入PDMS溶液，固化密封后形成异型截面微流道芯片。此外，近些年来，也有报道通过3D技术进行微流道的制备，例如，引用文献3：本专利技术公开了一种基于3D打印技术的微流体渗流机理研究标准模型的制造及封装工艺，包括用SLA或DLP3D打印技术打印模型初始结构；原子层沉积、化学镀、电镀、离子溅射等方法在初始结构外面镀上一层金属或陶瓷镀层；通过填充的方法在初始结构外面填充有机物或金属或陶瓷或玻璃或它们的混合物；通过热处理的方法使树脂材料的初始结构气化并挥发，获得不同微观结构、孔径等的空心模型；再通过原子层沉积、化学镀、电镀、离子溅射等方法进行表面修饰，模拟多种材料的成分、粘度等性能，获得微流体渗流机理研究的标准模型。然而，上述引用文献1～2并非将微流道直接成型，而是使用了模具。而引用文献3虽然使用了3D打印技术，但仅仅涉及模具的打印。此外，引用文献1和2中使用的微流道材料受到加工方式以及模具的影响，一方面适用的材料较为有限，如去除模具的工艺对模具材料本身具有一定限制，另一方面，用于微流道制备的材料使用单一一种材料，导致微流道均一，在使用于复杂条件或环境时，自适应性较差。引用文献3虽然也可以通过原子层沉积、化学镀、电镀、离子溅射等方法进行表面修饰，模拟多种材料的成分、粘度等性能。但加工方式过于复杂，在需要精确控制微流道不同部位具有不同性质的场合几乎无法使用。此外，遇到需要设计的部位，往往也使用了多层组装的工艺，层内的材料参数是均一且不易改动的，在对准方面提出了很高的要求，一旦出现偏差，会影响微流道自身的特性，进而影响整个器件的工作。例如，引用文献4是关于一种用于制造微流控传感器的方法，该方法包括提供多种材料，该多层材料配置为允许它们堆叠形成至少一个第一盖层、第一沟道、检测层，以及第二沟道层。在装配期间，衬底层的带段被夹在中间形成层叠物，以将各元件协同的贯穿于该层叠物的厚度对准。接着从该层叠物带上去除独立的传感器。一个组件化的步骤包括形成一个或多个元件用于沿带的轴向长度间隔地设置的连续传感器。一些元件包括图样化导电结构，该结构通过使用导电油墨和印刷方法优选地被印刷在衬底之上，有时将材料置于可行位置以贯穿于至少一个带的厚度而导电。该文献能够将微流道层和传感器层分开，但是，1)制备过程复杂，组装元件多；2)制备过程中采用多种材料，材料切换繁琐；3)根据其陈述该装置优选适合检测微流道内的微粒，对于生物、化学及药物检测和筛选有待考证。因此，现有技术虽然对于微流道的设计进行了一定程度的研究，但对于微流道在复杂场合的适用性的提高以及制备工艺简便性的改进而言，仍然不能说是充分的。引用文献：引用文献1：CN109395787A引用文献2：CN109821583A引用文献3：CN109822888A引用文献4：CN101999071A
技术实现思路
专利技术要解决的问题针对上述本领域在微流道的制备中存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种微流道的制备方法，该方法使用3D打印技术对包括内部各种功能性构件的微流道进行一体成型，提高了微流道制备工艺的便利性，同时，通过不同材料的组合，以使得所述一体成型的微流道在不同部位可以具有预设的不同模量性能，能够满足各种复杂条件下具有微流道的元器件的适用性。进一步，本专利技术还提供了一种包括依据上述方法而得到的微流道的传感器，该传感器在使用时具有良好的与使用环境的自适应性，提高了传感器的精确度和灵敏度。用于解决问题的方案根据本专利技术专利技术人长期的潜心研究，发现如下技术方案的使用能够良好地解决上述技术问题：[1].本专利技术首先提供了一种具有微流道的元件的制备方法，包括如下步骤：使用油墨材料经3D打印而一体成型微流道结构，所述油墨材料包括两种或两种以上的具有不同杨氏模量的油墨基材，所述微流道具有连续的或不连续的杨氏模量的梯度变化。[2].根据[1]所述的方法，所述两种或两种以上的具有不同杨氏模量的油墨基材选自聚合物材料。[3].根据[1]或[2]所述的方法，所述微流道结构中存在至少一个结构部分，其具有的杨氏模量低于除了该结构部分以外的其他结构部分。[4].根据[1]～[3]任一项所述的方法，所述微流道结构具有弹性。[5].根据[1]～[4]任一项所述的方法，所述微流道结构中，形成具有高杨氏模量结构部分以及具有低杨氏模量结构部分，并且，至少在所述具有低杨氏模量结构部分的微流道结构具有弹性和/或延展性。[6].根据[1]～[5]任一项所述的方法，在进行所述3D打印前，还包括计算机辅助设计步骤，以确定微流道结构的形态和/或分布；和/或确定微流道结构的杨氏模量分布。[7].根据[1]～[6]任一项所述的方法，所述微流道结构包括一个腔体，所述腔体入口处具有止回阀，所述止回阀与腔体入口的连接处的杨氏模量小于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有微流道的元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n使用油墨材料经3D打印而一体成型微流道结构，/n所述油墨材料包括两种或两种以上的具有不同杨氏模量的油墨基材，/n所述微流道具有连续的或不连续的杨氏模量的梯度变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有微流道的元件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用油墨材料经3D打印而一体成型微流道结构，
所述油墨材料包括两种或两种以上的具有不同杨氏模量的油墨基材，
所述微流道具有连续的或不连续的杨氏模量的梯度变化。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两种或两种以上的具有不同杨氏模量的油墨基材选自聚合物材料。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述微流道结构中存在至少一个结构部分，其具有的杨氏模量低于除了该结构部分以外的其他结构部分。


4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述微流道结构具有弹性。


5.根据权利要求1～4所述的方法，其特征在于，所述微流道结构中，形成具有高杨氏模量结...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，刘鑫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11