一种便携式抽真空PDMS气泡的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种便携式抽真空PDMS气泡的装置和方法，采用便携式真空杯，通过将PDMS搅拌均匀后倒入装有微通道模板的浇筑容器内，并将其放置进真空杯，然后盖好双层通气盖，通过真空杯下部的活塞向外抽气，使得真空杯内部产生较大负压环境，此时PDMS中的空气气泡由于密度的影响逐渐上浮至PDMS液面顶部，当透过杯体观察到此现象时，旋转真空杯顶盖使其小孔与通气盖小孔对齐后释放内部负压环境，将抽气后的盛有PDMS溶液的浇筑容器取出，用洗耳球吹气将之前上浮至PDMS液面顶部的小气泡吹破，并采用加热台加热完成PDMS溶液的固化，最后用金属镊子将制备的微流控通道进行脱膜处理，最后进行键和，完成无任何气泡的便携式PDMS微流控通道的制备过程。道的制备过程。道的制备过程。

A portable device and method for vacuumizing PDMS bubbles

【技术实现步骤摘要】
一种便携式抽真空PDMS气泡的装置和方法


[0001]本专利技术属于基于软光刻的聚甲基硅烷(polydimethylsiloxane，PDMS)微流控芯片制备领域，具体涉及的是在微通道浇筑过程中配制的PDMS混合溶液由于空气的溶解会出现大量气泡，提出了一种便携式真空杯，通过手动活塞抽气实现去除PDMS混合溶液气泡的方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，微流控技术(Microfluidics)因其在药物封装、材料合成、结晶和化学反应等各个领域的潜在应用引起了广泛关注，它是一种在微米级结构中操控纳升至皮升(10
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L)体积流体的技术与科学。随着生物医药和高端制造领域对新型检测器件微型化和集成化的需求不断加强，微流控芯片的高效、便捷制备技术有望解决这一行业痛点。目前的微流控制备工艺通常包括两种方法，一种方法是基于玻璃毛细管的微通道制备，另一种为基于软光刻的聚甲基硅烷(PDMS)微通道制备。玻璃毛细管的微通道制备方法尽管灵活性较高，但对齐困难，装置稳定性较差，难以实现批量化生产；而基于软光刻的PDMS微通道制备方法采用较为成熟的模板浇筑，可根据模板的不同快速获得稳定性和尺寸精确的微通道，在大规模量产方面前景广阔。PDMS预聚物凭借其出色的透光性、安全无毒、低加热固化温度、高强度以及接近于人体皮肤的弹性模量不仅在微流控领域具有举足轻重的价值，在柔性电子和生物制药领域的应用优势也在愈发凸显。
[0003]采用基于软光刻的聚甲基硅烷(PDMS)制备微通道时，首先需要对预固化的PDMS前驱体(A胶)和交联剂(B胶)进行称重，按照质量比为10:1进行混合搅拌，通常浇筑通道时仅需25克PDMS混合液即可。但是搅拌的过程伴随着空气在PDMS搅拌液中溶解的过程。溶解后会产生大量微气泡，通常其直径小于1mm，人眼无法直接观测到具体气泡形貌，但会看到清澈的溶液变成了乳白色。如果不对PDMS预聚物进行抽气处理，浇筑出的通道会因为气泡阻碍显微观测和微液滴的生成和控制，严重降低通道强度。当包含气泡的液体处在一个绝对压强很低的区域时，气泡会快速蒸发或游离出来，通过浮力的作用上浮至液体表面，此时由于液面张力的作用，最终气泡会聚集在PDMS溶液表面，此时采用洗耳球可将液面处的气泡吹破从而实现去除气泡的效果。
[0004]目前为了消除PDMS溶液中的气泡主要采用真空干燥箱对该预聚物进行抽气处理，但是该实验设备往往体积庞大，价格昂贵；针对以上问题，提出一种便携式抽真空PDMS气泡的装置，通过手动抽气即可实现该仪器所具备的功能，而且整体装置完全可拆，利于清洗和组装，尺寸小巧结构简单，满足实验室对于易产生大量气泡溶液的抽气需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的技术目的在于设计了一种便携式抽真空PDMS气泡的装置，解决现有微流控PDMS微通道浇筑时去除溶液气泡的问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案为一种便携式抽真空PDMS气泡的装置，包含三个模块，且
各零件通过3D打印或机械加工(车削、铣削)得到；第一个模块是用于组装杯体创造真空腔体的模块；第二个模块是用于组装手动抽气活塞并实现可调节定位功能的模块，活塞顶部带有橡胶套，保证杯体内部的PDMS溶液不外露，密封效果良好；第三个模块是用于浇筑微流控通道的模块，压力表保证负压环境满足气泡快速析出，浇筑容器和模板用于盛放PDMS溶液；
[0007]一种便携式抽真空PDMS气泡的装置，包括杯体(3)，杯体(3)的顶部内壁设有内螺纹，通孔盖(2)的上下位置处均设有螺纹；通孔盖(2)的下位置处与杯体(3)的顶部内壁进行螺纹连接；通孔盖(2)的上位置处与顶盖(1)进行螺纹连接；所述通孔盖(2)与顶盖(1)上均设有通孔，通过旋转对齐实现闭气或通气。
[0008]手动活塞(8)的底部设有支撑板(6)的安装孔，支撑板(6)通过安装孔与手动活塞(8)能够连接为一个整体；手动活塞(8)的中间设有活塞杆，活塞杆的顶部设有活塞橡胶套(5)；所述活塞橡胶套(5)的上部设有浇筑容器(10)，浇筑容器(10)内部设有PDMS溶液(11)和微通道模板(12)；
[0009]所述手动活塞(8)的活塞杆，以及支撑板(6)上设有多个并列设置的固定孔，固定孔中设有定位方销(7)用于将手动活塞(8)的位置进行固定。
[0010]所述的杯体(3)的上部，即通孔盖(2)与浇筑容器(10)之间为真空腔室(4)。杯体(3)上部的侧壁上设有真空气压表(9)。
[0011]进一步地，所述的微流控通道模板(12)通过光刻法加工圆形硅片得到，并安放于浇筑容器(10)中。
[0012]进一步地，支撑板(6)通过安装孔与手动活塞(8)。
[0013]进一步地，通过一次性塑料勺将预固化的PDMS前驱体即A胶和交联剂即B胶搅拌均匀，取出手动活塞(8)，将活塞顶端套上活塞橡胶套(5)，并且底部圆盘处两个方形槽孔内插入两个支撑板(6)并通过A胶和B胶固定，然后将手动活塞(8)从下方插入杯体(3)内部，将盛有PDMS溶液(11)和微通道模板(12)的浇筑容器(10)从上方通过镊子放入杯体(3)中，并以手动活塞(8)的顶部作为支撑；在杯体(3)的侧壁的内螺纹孔中螺纹连接真空气压表(9)；杯体(3)的顶部通过螺纹连接通孔盖(2)，通孔盖(2)一侧外螺纹连接杯体(3)，另一侧内螺纹连接顶盖(1)，通过旋转顶盖(1)使得通孔盖(2)和顶盖(1)通气孔不对齐密封；最后，下拉手动活塞(8)，在气压表(9)负压达到预设数值后，通过定位方销(7)贯穿两块支撑板(6)和手动活塞(8)完成固定安装，杯体(3)的上部产生真空腔室(4)。
[0014]本装置在杯体内部有一个浇筑容器，其底部放有需要浇筑的微通道模板，模板上方覆盖一层PDMS预聚物，通过手动下拉活塞使得杯体内部产生真空腔室，促进PDMS溶液内部气泡上浮至表面，下拉的活塞通过两块支撑板和一根定位方销卡住，此外真空腔室部位壁面插有压力表，以保证内部保压时的压力是否满足要求，通常保压40min即可实现脱气过程。
[0015]便携式抽真空PDMS气泡装置的原理分为七个部分：1)PDMS混合溶液倒入底部盛有微通道模板的浇筑容器中并将其装入杯体内部；2)通过活塞抽气创造真空内腔并检查压力表是否满足真空要求；3)定位方销卡死保证持续负压环境使得溶液气泡上浮至表面；4)旋转通气孔释放杯体内部负压并倒出PDMS溶液；5)从杯体内部取出浇筑容器；6)通过洗耳球吹破浇筑容器内部PDMS混合溶液表面的微气泡并在80℃加热台加热60min完成固化；7)将
浇筑好的PDMS微通道和浇筑容器以及模板用镊子分离开来。
[0016]需要注意的是，通过旋转通孔盖使其小孔与顶盖通气孔是否对齐可为杯体内部创造负压环境与开放环境。
[0017]与现有技术相比较，通过本专利技术装置和方法处理前后的PDMS溶液，其中未处理时的PDMS溶液内部含有大量气泡并呈现乳白色，处理可以看到浇筑容器内部的PDMS固化的微通道透光效果优异本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式抽真空PDMS气泡的装置，其特征在于：包括杯体(3)，杯体(3)的顶部内壁设有内螺纹，通孔盖(2)的上下位置处均设有螺纹；通孔盖(2)的下位置处与杯体(3)的顶部内壁进行螺纹连接；通孔盖(2)的上位置处与顶盖(1)进行螺纹连接；所述通孔盖(2)与顶盖(1)上均设有通孔，通过旋转对齐实现闭气或通气；手动活塞(8)的底部设有支撑板(6)的安装孔，支撑板(6)通过安装孔与手动活塞(8)能够连接为一个整体；手动活塞(8)的中间设有活塞杆，活塞杆的顶部设有活塞橡胶套(5)；所述活塞橡胶套(5)的上部设有浇筑容器(10)，浇筑容器(10)内部设有PDMS溶液(11)和微通道模板(12)；所述手动活塞(8)的活塞杆，以及支撑板(6)上设有多个并列设置的固定孔，固定孔中设有定位方销(7)用于将手动活塞(8)的位置进行固定；所述的杯体(3)的上部，即通孔盖(2)与浇筑容器(10)之间为真空腔室(4)；杯体(3)上部的侧壁上设有真空气压表(9)。2.根据权利要求1所述的一种便携式抽真空PDMS气泡的装置，其特征在于：所述的微流控通道模板(12)通过光刻法加工圆形硅片得到，并安放于浇筑容...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘赵淼，陈睿，逄燕，李梦麒，赵思宇，蔡凡茗，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：