一种微流通道的封装方法及应用技术

本发明专利技术提供一种微流通道的封装方法及应用，所述封装方法以hPDMS为封装材料对设有微流通道的微流控基片进行封装。本发明专利技术封装方法得到的封装薄膜强度高，厚度在十几微米至数百微米，可用于声学分选，光学传感等需要经过传统键合测试的微流控系统，实验后丢弃通道即可对制备昂贵的芯片进行重复使用，可降低功能器件的最终测试成本，具有工艺简单，结构稳定，生产成本低的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种微流通道的封装方法及应用
本专利技术涉及微流控芯片
，尤其涉及一种微流通道的封装方法及应用。
技术介绍
微流控芯片通道通常由玻璃、石英或聚合物制作，其中使用玻璃或者石英作为微流控芯片通常需要采用化学刻蚀对光刻图案进行加工，这对设备和技术要求都很高，难以采用模具法对微流通道进行大批量生产，因此实际价格比较昂贵限制了应用。近年来聚合物微流控芯片发展迅速，通过模具进行注塑以及浇筑等技术使得低成本批量生产得以实现，常用聚合物包括甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚苯乙烯(PS)等，其中PDMS以其稳定的性能和优良的物理化学性质在医药分析、环境测试和临床诊断等领域具有宽广的应用前景。目前，微流控芯片通道的功能实现则常需要与玻璃等硬质封装结构进行键合封装以固定通道结构，该方法虽然实现对微流通道的出口的空间进行封闭限制，实现流体在特定入口出口的流入和流出，以实现微流控芯片的特定功能，然而固定的硬质封装结构在提供固定功能的同时增加了微流控芯片的空间，同时其柔性大幅度降低，限制了微流控芯片的应用范围。此外，现有的键合封装方法限制了微流控芯片在外源场的结合，如与电场和声场等外源场结合的微流控芯片常需要根据外源场耦合情况进行特定的匹配设计或者使用几十到上百微米的薄玻璃片作为封装材料，一方面增加了功能微流体芯片的制备成本，另一方面使得微流控芯片的强度减弱，较难适应复杂环境。此外，经过特定的匹配设计的键合方式使得封装完成的微流控芯片在通道内出现问题时导致整个功能芯片，包括耦合的声场源或电场源等功能结构均无法重复使用，使得生产成本大幅度提高。因此，研发一种易于与外源场耦合、且生产成本低的微流通道的封装技术具有重要的实际意义。
技术实现思路
为此，本专利技术提供一种微流通道的封装方法及应用。具体而言，本专利技术提供一种微流通道的封装方法，以hPDMS为封装材料对设有微流通道的微流控基片进行封装。本专利技术发现，hPDMS(硬质聚二甲基硅氧烷)的杨氏模量高，当作为封装材料使用时，具有优异的封装能力，不仅可以实现微流通道的微流功能，同时所得封装薄膜强度高，易于适应复杂环境。进一步地，所述微流控基片包括PDMS、硅片、石英片、铌酸锂片、玻璃片中的任一种。在优选的实施例中，所述微流控基片为PDMS。基于PDMS的微流通道可采用浇铸法制备，具有加工工艺成熟和生产成本较低的优势，并且PDMS与hPDMS均为可塑性材料，具有相近的化学性质，不会对微流体操作产生额外的影响。具体地，本专利技术的微流通道的封装方法包括以下步骤：1)配制封装材料；2)对基片进行预处理；3)在预处理后的基片表面旋涂所述封装材料，然后进行固化；4)对微流控基片及固化后的封装材料分别进行等离子体轰击，然后进行贴合、键合封装，得到封装体；5)脱模，即完成微流通道的封装。其中，步骤1)中，将hPDMS和交联剂按重量比(0.5～2)：1混合，搅拌20～80秒，抽真空去气泡，即得封装材料。优选地，所述交联剂为hPDMS，商品号：PP2-RG07。本专利技术发现，以上述配比的hPDMS和交联剂的混合物作为封装材料，流动性好，具有良好的加工性能，同时封装后所得封装薄膜具有更高的强度，可以获得具有更薄封装薄膜的微流控芯片，扩大其应用领域。步骤2)中，所述预处理包括对所述基片进行硅烷处理，所述硅烷处理采用的试剂为三氯(1H，1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，所述硅烷处理的时间为4～12h。由此，在脱模步骤中，封装体能够顺利从基片上剥离。进一步地，在预处理后的基片表面缓慢倾倒所述封装材料，倾倒距离低于10cm。由此，减少气泡对薄膜形成的干扰。进一步地，在进行所述旋涂之前，所述封装材料平铺在基片的面积占基片总面积的1/3～2/3。由此，固化后能够得到厚度均匀的封装薄膜。进一步地，所述旋涂的转速为500～2500转/每分钟，时间为20～80秒。进一步地，所述固化的温度为80～100℃，时间为30～50分钟。步骤4)中，所述等离子体轰击的参数：空气流量10～20mL/Min，功率100～150W，轰击时间15～45秒。进一步地，所述键合封装的温度为75～95℃，时间为1～5h。步骤4)中，将步骤4)所得封装体置于乙醇中进行脱模。本专利技术发现，乙醇作为脱模剂实现封装体从基片上顺利剥离并且微流通道得到完整封装。本专利技术还提供了上述的微流通道的封装方法得到的微流控芯片。本专利技术还提供了上述的微流控芯片在外源场耦合方面的应用，所述外源场为电场或声场，特别用于与声表面波微流控芯片的功能结合。本专利技术提供的技术方案具有以下效果：1、本专利技术封装方法得到的封装薄膜强度高，厚度在十几微米至数百微米，可用于声学分选，光学传感等需要经过传统键合测试的微流控系统，实验后丢弃通道即可对制备昂贵的芯片进行重复使用，可降低功能器件的最终测试成本，具有工艺简单，结构稳定，生产成本低的优势。2、本专利技术使用的封装材料在固化塑形之前为共聚物与交联剂的混合液，具有一定的流动性，因此可以通过调节匀胶转速实现对其厚度的调控，具有较高的可定制性，这是使用商品化玻璃制品作为封装材料所不能轻易实现的功能。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的封装材料与硅烷化硅片的制备过程示意图。图2为本专利技术实施例1提供的封装过程主视图与俯视图示意图。图3为本专利技术实施例1提供的封装过程实物图。图4为本专利技术实施例1提供的封装后撕下微流通道后硅片表面形貌实物图。图5为本专利技术实施例1中封装完成后微流通道实物图。图6为本专利技术测试例提供的封装微流通道与声表面波器件耦合的功能测试图。其中：1为hPDMS试剂共聚物；2为hPDMS试剂交联剂；3为盛有一定比例1和2的容器；4为进行真空处理后的容器；5为搅拌均匀去除气泡后的hPDMS聚合物；6为承装硅片的密闭容器；7为硅烷化试剂；8为硅片；9为硅烷化后的硅片；10为PDMS微流通道；11为封装后的微流控芯片。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例11、封装材料的制备和加工向一次性纸杯中依次倒hPDMS与交联剂(质量比为1∶1)，如图1(b)所示，随后使用一次性滴管搅拌混合液60秒，待完全搅拌均匀后，将一次性纸杯置入真空干燥箱中抽真空，保持真空40分钟，直到气泡完全消除后取出纸杯，其状态如图1(c)所示。2、衬底硅片的处理取普通p型双面抛光硅片，晶向[100]，电阻率5～10Ω·cm，厚度500±25微米，放入培养皿中，使用滴管取出硅烷化试剂1～3滴并滴加在培养皿无硅片区域，其相对位置如图1(d)所示，随后立刻封闭培养皿盖。使用自封袋收纳装有硅片的培养皿并进行封口，反应12小时后，打开自封袋和培养皿在通风橱中通风4小时，表面有少量颜色变化如图1(e)所示，取出硅片备用。3、匀胶和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流通道的封装方法，其特征在于，以hPDMS为封装材料对设有微流通道的微流控基片进行封装。/n

【技术特征摘要】
1.一种微流通道的封装方法，其特征在于，以hPDMS为封装材料对设有微流通道的微流控基片进行封装。


2.根据权利要求1所述的微流通道的封装方法，其特征在于，所述微流控基片包括PDMS、硅片、铌酸锂片、石英片、玻璃片中的任一种，优选PDMS。


3.根据权利要求1或2所述的微流通道的封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)配制封装材料；
2)对基片进行预处理；
3)在预处理后的基片表面旋涂所述封装材料，然后进行固化；
4)对微流控基片及固化后的封装材料分别进行等离子体轰击，然后进行贴合、键合封装，得到封装体；
5)脱模，即完成微流通道的封装。


4.根据权利要求3所述的微流通道的封装方法，其特征在于，步骤1)中，将hPDMS和交联剂按重量比(0.5～2):1混合，搅拌20～80秒，抽真空去气泡，即得封装材料。


5.根据权利要求3所述的微流通道的封装方法，其特征在于，步骤2)中，所述预处理包括对所述基片进行硅烷处理，所述硅烷处理采用的试剂为三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿照新，王世才，
申请(专利权)人：中央民族大学，
类型：发明
国别省市：北京;11