一种PDMS微流控芯片注塑模具及制作方法技术

本发明专利技术涉及一种PDMS微流控芯片注塑模具及制作方法，包括刚性模具和半刚性上盖；所述半刚性上盖由上至下包括支撑层、弹性密封层和防粘附层；所述支撑层或弹性密封层上设有支撑微柱阵列，所述支撑微柱阵列之间的空隙形成空腔。本发明专利技术可以制作出精确形状和厚度PDMS芯片，尤其是能批量制造高质量通孔结构，芯片浇铸时间短，省略了常规PDMS芯片制作过程中抽气、切割以及打孔环节；节约PDMS消耗，PDMS混合液几乎全部用于浇铸芯片，没有原材料浪费，可用于PDMS微流控芯片自动化工业制造。

【技术实现步骤摘要】
一种PDMS微流控芯片注塑模具及制作方法
本专利技术属于PDMS领域，特别涉及一种PDMS微流控芯片注塑模具及制作方法。
技术介绍
聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)具有弹性、透明、生物兼容性好、价值低、易于制作等特性，是广泛应用于微流体芯片和柔性可穿戴设备的加工和原型制造的一种有机高分子聚合物。PDMS芯片的常规制作流程主要分以下几个步骤：1，混合PDMS前聚体和交联剂，然后通过脱气除去混合物里的气泡。2，把混合物倒在微结构化模具表面依靠重力作用自流平后热固化。3，手工切割掉边缘部分PDMS并用打孔器打出进样口以及出样口。整体耗时长，此外由于依靠手工操作，难以制造出精确几何结构的芯片，也难以控制芯片的厚度。手工打孔造成进出样口位置偏差大、进出样口形状不整齐、还可能产生裂缝等情况，无法制造出高精度、高密度的进出样口。混合物自流平需要水平度非常高的平台以及非常长的自流平时间。另外，模具表面的精细结构处也会残存一些小气泡，在PDMS芯片较薄情况下，这类气泡更难以除去。以上原因造成制造的PDMS芯片质量差、均一性差、耗时长，原材料浪费等问题，不适合批量制造。
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PDMS微流控芯片注塑模具及制作方法，能够精确控制芯片的平面形状以及厚度，并且能够一次成型制造高精度、高密度通孔结构，可用于PDMS微流控芯片自动化工业制造。本专利技术提供了一种PDMS微流控芯片注塑模具，包括刚性模具和半刚性上盖；所述半刚性上盖由上至下包括半刚性支撑层、弹性密封层和防粘附层；所述半刚性支撑层或弹性密封层上设有支撑微柱阵列，所述支撑微柱阵列之间的空隙形成空腔。所述刚性模具的几何结构定义了浇铸芯片的形状，模具的厚度定义了浇铸芯片的厚度，芯片进出样口以及通孔结构高度与模具高度一致。所述半刚性支撑层由聚碳酸酯薄片制成。既能够保持一定刚性，确保整个上盖在浇铸过程中保持平整，又有一定弹性，浇铸完成后能够逐步地从模具上取下，不会撕扯坏PDMS芯片。所述弹性密封层由PDMS制成。透气性好，容易与半刚性支撑层形成密闭结构。所述防粘附层为防止PDMS粘附的透气纳米涂层。所述纳米涂层为PTFE-AF2400涂层，抗粘附能力强，透气性好，并与弹性密封层结合紧密。所述注塑模具设置有一个出气孔，与空腔相连。所述半刚性支撑层通过注塑工艺形成支撑微柱阵列。所述弹性密封层通过注软蚀刻技术形成支撑微柱阵列。本专利技术还提供了一种PDMS微流控芯片注塑方法，包括：将刚性模具和半刚性上盖通过夹具夹紧，随后通过进样口加压注入PDMS前聚体和固化剂的混合物直到液体充满整个模具并且没有任何气泡后，增大进样口压强并升温；待芯片固化后从一端逐步去掉半刚性上盖，取出PDMS微流控芯片即可。注塑时，由于注塑模具内空气压强高，PDMS预聚物以及模具表面粘附的气泡里的空气会溶解到PDMS液体里，而半刚性上盖板内的空腔内空气压强低，溶解在液体PDMS里的气体会透过防粘附层以及固体PDMS释放到上盖板内的空腔内，从而实现注塑模具内空气的排出，由于芯片很薄，气体溶解-释放的速度很快，PDMS预聚物能迅速且无死角填满整个模具。PDMS经热固化后，逐步揭掉半刚性上盖结构后即可撕下注塑好的PDMS芯片。该方法去掉了常规PDMS芯片制作过程中PDMS预聚物抽气步骤、固化后PDMS芯片的手工切割以及打孔等步骤。能够快速制造表面平整的高质量的PDMS芯片，能够精确控制芯片的平面形状以及厚度，并且能够一次成型制造高精度、高密度通孔结构，可用于PDMS微流控芯片自动化工业制造。有益效果本专利技术可以制作出精确形状和厚度PDMS芯片以及高密度的具有精确对准结构的通孔，可用于进出样口；能够快速完成芯片浇铸，省略了常规PDMS芯片制作过程中抽气、切割以及打孔环节；节约PDMS消耗，PDMS混合液几乎全部用于浇铸芯片，没有原材料浪费，可用于PDMS微流控芯片自动化工业制造。附图说明图1为本专利技术注塑模具的结构示意图；图2为本专利技术微流控芯片的制作流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种PDMS微流控芯片注塑模具，包括刚性模具和半刚性上盖；所述半刚性上盖由上至下包括半刚性支撑层、弹性密封层和防粘附层；所述半刚性支撑层或弹性密封层上设有支撑微柱阵列，所述支撑微柱阵列之间的空隙形成空腔。所述半刚性支撑层由聚碳酸酯薄片制成。所述弹性密封层由PDMS制成。所述防粘附层为防止PDMS粘附的透气纳米涂层。所述注塑模具设置有一个出气孔，与空腔相连。实施例21.清洗硅片，在硅片上制作含有支撑柱阵列的空腔模具。2.将聚二甲基硅氧烷以及固化剂混合均匀并脱气后浇注到空腔模具上，热固化形成集成空腔的PDMS膜。3.PDMS膜上表面经等离子体活化处理，旋涂PTFE-AF2400溶液，固化形成防粘附纳米涂层。4.将集成空腔的PDMS膜与PC支撑层平整贴合在一起，即制成半刚性透气上盖。5.清洗硅片，在硅片上依次用SU-8制作三层结构的刚性模具，模具总厚度200微米，10微米高部分用于支管，60微米高部分用作芯片微反应单元以及主流道。刚性模具表面经过防粘附处理。6.将刚性注塑模具与半刚性上盖组合在一起并用夹具固定紧。7.通过进样口加压注入PDMS前聚体和交联剂混合物，可通过在出气口抽气增加压差的方法加快进样速度以及在线除气速度。8.增大进样口压强。9.升温加速PDMS交联反应，固化形成芯片。10.去掉夹具。11.从一端揭掉半刚性上盖。12.从注塑模具内取下浇铸好的PDMS芯片。实施例31.清洗硅片，在硅片上旋涂PDMS薄层。2.PDMS膜上表面经等离子体活化处理，旋涂PTFE-AF2400溶液，固化形成防粘附纳米涂层。3.制作用于产生PC材料的集成空腔的支撑层的注塑模具。4.使用注塑模具注塑制造PC材料的集成空腔的支撑层。5.将PDMS膜与PC材料的集成空腔的支撑层贴合在一起，即制成半刚性透气上盖。6.通过微机械加工技术制作金属模具，金属模具表面经过防粘附处理。7.将刚性注塑模具与半刚性上盖组合在一起并用夹具固定紧；8.通过进样口加压注入PDMS前聚体和交联剂混合物，可通过在出气口抽气增加进样速度，增加在线除气速度。9.增大进样口压强。10.升温加速PDMS交联反应，固化形成芯片。11.去掉夹具。12.从一端揭掉半刚性上盖。13.从注塑模具内取下浇铸好的PDMS芯片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PDMS微流控芯片注塑模具，其特征在于：包括刚性模具和半刚性上盖；所述半刚性上盖由上至下包括半刚性支撑层、弹性密封层和防粘附层；所述半刚性支撑层或弹性密封层上设有支撑微柱阵列，所述支撑微柱阵列之间的空隙形成空腔。/n

【技术特征摘要】
1.一种PDMS微流控芯片注塑模具，其特征在于：包括刚性模具和半刚性上盖；所述半刚性上盖由上至下包括半刚性支撑层、弹性密封层和防粘附层；所述半刚性支撑层或弹性密封层上设有支撑微柱阵列，所述支撑微柱阵列之间的空隙形成空腔。


2.根据权利要求1所述的注塑模具，其特征在于：所述半刚性支撑层由聚碳酸酯薄片制成。


3.根据权利要求1所述的注塑模具，其特征在于：所述弹性密封层由PDMS制成。


4.根据权利要求1所述的注塑模具，其特征在于：所述防粘附层为防止PDMS粘附的透气纳米涂层。


5.根据权利要求1所述的注塑模具，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铁刚，李昕欣，吴蕾，高式沅，王雪凤，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31