一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，包括以下步骤：步骤1，设计待打印的电极电路图形，并准备作为介电层的薄膜；步骤2，根据电极电路图形，使用喷墨打印机在介电层的一面上喷墨打印纳米级导电墨来进行单层电路打印或复杂电路打印；步骤3，在介电层的另一面上涂布疏水层。本发明专利技术的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法利用喷墨打印机喷墨进行高精度分辨率的墨层控制，解决了电极间隙产生台阶，液体受阻的问题，以及电极与引线的分离问题，有效避免复杂电路设计中短路的影响，并且喷墨打印工艺相对简单，成本低，精度高，适合于研究领域的数字微流控芯片重复测试需求，能够大大提高数字微流控芯片的工作精度和效率，具有实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法
本专利技术属于数字微流控技术与印刷技术的交叉领域，具体涉及一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法。
技术介绍
微全分析系统，又称为芯片实验室，主要是将常规实验所涉及的样品制备、反应、分离、检测等操作集成于一个微米级的芯片上，是一个由微电子于流体物理、分析化学、生物医学等学科相互交叉而萌生的新兴研究领域。微流控，是微全分析系统中一个重要的支撑技术。是以微全分析系统(MEMS)技术为基础制备微流控芯片，实现分析系统的小型化、集成化、低成本和高效率。微流控芯片是微流控领域中一个新兴的概念。广义指一系列新型的基于离散液滴操纵技术的统称，可以分为介电泳法、介电湿润法、磁力法、声表面波法等，狭义特指介电湿润的数字微流控技术。微流控芯片集成的单元部件越来越多，且集成的规模也归来越大，使微流控芯片有着强大的集成性。同时可以大量平行处理样品，具有高通量的特点，分析速度快、耗低，物耗少，污染小，分析样品所需要的试剂量仅几微升至几十个微升，被分析的物质的体积甚至在纳升级或皮升级。因此，微流控分析系统在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。传统的微流控芯片，利用MEMS微加工技术在芯片上集成微阀、微泵、微小电极和微小传感器等器件，同时在芯片表面刻蚀出微型沟道，通过流体在沟道中的流动完成分离、运输、检测等分析过程。微流控芯片又可分为连续微流控芯片和数字微流控芯片。其中连续微流控芯片的操控对象为连续流体，而数字微流控芯片的操控对象为单个独立的微液滴。数字微流控芯片(DMF)的操控对象是单个或者多个独立的液滴，而液滴本身不需要隔断，所以数字微流控芯片避开了微阀的设计，且液滴的移动由电极阵列所释放的驱动电场完成，构造简易且易于实现集成化。相对于连续微流控芯片还具有如下优点：消耗样品剂量少，不易造成浪费，同时使样品处理更便捷省时；其可对任何样品进行操控，应用范围广泛。最主流的数字微流控芯片的制作工艺是利用MEMS制造工艺制作。MEMS制作工艺一般使用单晶硅或者二氧化硅为基底材料。这种工艺可以实现叠层的电路、层厚极小的金属层以及间隙极小的阵列等设计。这些设计特点能够有效的提升数字微流控芯片的性能，具有良好效果，但是成本很高。PCB的制作工艺与MEMS制造工艺有一定相似性，都是采用光蚀刻，因PCB制作工艺是一种广泛使用的商业制造工艺，所以其在制作成本上有一定的优势，可以实现大规模生产，但是制作的数字微流控芯片性能较差。最近几年出现了丝网印刷批量制作数字微流控芯片的工艺，这种工艺一般使用纸质、PET、PI等柔性基材，通过丝网印刷将银、铜、碳电阻油墨等导电油墨打印在基材上并且固化而制成电路。该工艺适合于批量生产，生产出的数字微流控芯片有柔软、一次性应用特点。通过丝网打印实现的数字微流控芯片虽有一定优势，但该工艺需要绷网、制版、晒版、印刷、清洗网版、回收网版等工艺过程复杂，同时精度低，墨层厚，电极间距明显，导致粗糙度不容忽视。而相比上述工艺，喷墨打印具有简单、快速、灵活、高分辨率、高效批量生产，喷墨打印技术已经发展成熟为微小墨滴以皮升为单位，实现节省材料，降低成本，精确控制电极以及电极引脚线稳定性。专利文献:CN201810422253.6公开了微流控芯片制造方法，提供了可实施的制备工艺如下：(a)下极板采用单层或双层PI薄膜作为介质层，一侧边缘制定定位孔；(b)通过蚀刻、湿蚀与丝网印刷工艺形成电极层和电路引线层；(c)针对多层电极和引线层的防短路情况，在电极和引线层间加入绝缘层，并在绝缘层上打孔，点导电胶。以上制备步骤先制备介电层，后形成电极，避免了以往先制备电极再制备介电层等上层膜导致的介电层厚度随着电极层的凹凸而不够均匀平整，产生波形台阶，阻碍液体移动，影响电极电压以及芯片性能。同时提出利用增厚底部保护涂料(充当衬底功能)掩盖介电层上存在电极间的间隙，但并未描述清楚如何进行填充。另外，为了避开多层电极电线层的短路问题，额外采用PI薄膜作为绝缘层，隔开电极与电线，但是由于PI膜的物理强度较弱，极其容易破损，给加工工艺也会带来难度。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法。本专利技术提供了一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，设计待打印的电极电路图形，并准备作为介电层的薄膜；步骤2，根据电极电路图形，使用喷墨打印机在介电层的一面上喷墨打印纳米级导电墨来进行单层电路打印或复杂电路打印；步骤3，在介电层的另一面上涂布疏水层。在本专利技术提供的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，进行单层电路打印时，在介电层上共层形成电极层和引线层，包括以下步骤：步骤S1，使用喷墨打印机在介电层上同时喷墨打印电极以及与电极对应连接的引线，使电极层和引线层共层形成一个单层的电极及引线层，并对电极及引线层进行固化；步骤S2，使用喷墨打印机打印水基普通墨来填充电极的间隙。在本专利技术提供的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，进行复杂电路打印时，在介电层上依次形成电极层、绝缘层以及引线层，包括以下步骤：步骤E1，使用喷墨打印机在介电层上喷墨打印电极形成电极层，并对电极层进行固化；步骤E2，将作为绝缘层的玻璃按照电极层中的电极的所在位置对应开设通孔；步骤E3，对电极与对应的通孔处进行点胶，并对绝缘层进行固化；步骤E5，在通孔处对应喷墨打印与电极连接的引线形成引线层，并对引线层进行固化，其中，电极层的厚度为0.1-50um，引线层的厚度为0.1-50um。在本专利技术提供的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法中，还可以具有这样的特征：其中，薄膜为聚乙烯薄膜。在本专利技术提供的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法中，还可以具有这样的特征：其中，纳米级导电墨为纳米银导电墨或碳纳米管导电墨。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，因为通过在介电层上喷墨形成微精度电路，避免了介电层/疏水层在不同厚度电极层上的凹凸波浪梯尺，既可以有效地避免电路和微液滴之间的电解现象，又可实现微细电极驱动可以提高液滴灵敏度，增加驱动速度和平滑度。并且本专利技术能够根据电极电路图形进行单层电路打印或复杂电路打印得到电路，且电极间距采用普通油墨喷印进行填充，墨层薄且能有效隔绝电极边缘，保证了介电层均匀平整，保证精度控制，工艺相对简单，成本低，便于操作；另外，在进行复杂电路打印时，通过喷墨打印的喷头以及纳米级导电墨可控的进行高精度输出，堆叠形成电极层与引线层，防止电极层与电线层共层容易发生短路，并在电极层与引线层之间设置绝缘层，采用玻璃通孔法将电极与引线连接，将外部电压通过引线层传给电极层中各个电极，从而使各电极都能够产生电压，保证微液滴能够准确向施加电压的方向移动，并且使用玻璃材料作为绝缘层，克服了绝缘薄膜容易破碎的瓶颈，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，设计待打印的电极电路图形，并准备作为介电层的薄膜；/n步骤2，根据所述电极电路图形，使用喷墨打印机在所述介电层的一面上喷墨打印纳米级导电墨来进行单层电路打印或复杂电路打印；/n步骤3，在所述介电层的另一面上涂布疏水层。/n

【技术特征摘要】
1.一种喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设计待打印的电极电路图形，并准备作为介电层的薄膜；
步骤2，根据所述电极电路图形，使用喷墨打印机在所述介电层的一面上喷墨打印纳米级导电墨来进行单层电路打印或复杂电路打印；
步骤3，在所述介电层的另一面上涂布疏水层。


2.根据权利要求1所述的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，其特征在于：
其中，所述步骤2中，进行所述单层电路打印时，在所述介电层上共层形成电极层和引线层，包括以下步骤：
步骤S1，使用所述喷墨打印机在所述介电层上同时喷墨打印电极以及与所述电极对应连接的引线，使所述电极层和所述引线层共层形成一个单层的电极及引线层，并对所述电极及引线层进行固化；
步骤S2，使用所述喷墨打印机打印水基普通墨来填充所述电极的间隙。


3.根据权利要求1所述的喷墨打印数字微流控芯片的制造方法，其特征在于：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周颖梅，
申请(专利权)人：上海出版印刷高等专科学校，
类型：发明
国别省市：上海;31