一种基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具的方法技术

一种基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具的方法，其特征在于；先通过激光切割机将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA板切割成预先设计的微通道结构形状；再将该结构放置于预热至65

【技术实现步骤摘要】
一种基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具的方法


[0001]本专利技术涉及微流控芯片模具制备，具体是一种基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具方法。

技术介绍

[0002]微流控芯片技术具有分析效率高、功能集成度高、试剂消耗量少等特点，目前已广泛应用于微量物质检测、细胞和微生物培养、器官仿生等诸多领域，可为基础科学研究和新兴交叉学科的发展提供帮助。
[0003]随着微流控技术的推广和应用，微流控芯片制备方法也得到了较快发展。相较于早期以硅、玻璃及石英等材料为基底的微流控芯片，有机聚合物材料凭借着低成本、易加工、生物亲和性高及化学稳定性强等优点已逐渐成为制备微流控芯片的主流材料。有机聚合物微流控芯片的加工方法可分为直接加工和间接加工，直接加工的方法是以激光烧灼技术、等离子体刻蚀技术、计算机数控加工技术等方式在不同材质为基底的基板上直接加工出所需微通道结构的方法；间接加工主要指通过模具复制如注塑成型法、热压法、光刻法等方法来对所需微结构进行制备。
[0004]直接加工方法中较为常用的是激光烧灼技术，该技术是利用高能激光产生高温，使材料表面碳化或气化，直接在材料表面加工出微结构的细微加工技术。该方法自动化程度高，可得到较高深宽比的微结构，遗憾的是，早期激光加工精度较低，造成加工出的微结构表面较为粗糙且微结构边缘会形成热熔后的突起，无法满足大多数应用要求，因此该技术应用并不广泛，目前激光烧灼技术多用于芯片某一部分的局部打孔、边缘修正或切割等用途（CN 113926498 A）。近年来飞秒激光技术得到了较快发展，可制备精度极高的微米结构，但因设备昂贵、加工效率低等原因限制了其在普通实验室的使用。
[0005]光刻法是间接加工中较为主流的技术，该技术起源于制备半导体及集成电路芯片所广泛使用的光刻和刻蚀技术，使用光刻胶、光掩模和紫外光进行微制造，已广泛用于硅、玻璃及石英等基片材料的微流控芯片模具的加工。光刻法的优点在于所制备的模具精度高，可制备纳米级别的微结构，适合于对精度要求较高的微流控芯片模具的制备，目前已成为实验室应用的主流方法。相较于其他模具加工技术，光刻法对加工设备及加工环境要求极高，模具的设计和制备均需要经过专业培训，制备流程相对繁琐，因此具有较高的设备和技术门槛。
[0006]聚合物微流控芯片键合是将至少两片包含或不包含微通道的聚合物材料封接在一起形成封闭结构的加工工艺。键合技术是微流控芯片加工领域的重要难点和主要瓶颈。溶剂辅助键合技术通过有机溶剂使聚合物材料表面形成溶解曾或溶胀曾，使其中的分子动能增强并显著降低聚合物材料的玻璃化温度（T
g
）以达到使两贴合的材料实现不可逆键合的效果，其具有操作难度低、设备要求低、键合强度高等优点而被广泛应用，但因溶剂易流入芯片通道，破坏芯片微通道及腔体，已成为溶剂辅助键合技术应用的主要障碍。还要指出的是，目前溶剂辅助键合技术主要应用于微流控芯片制备中，两聚合物微流控芯片键合或
封接，该技术在微流控芯片模具制备中还鲜有应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对微流控芯片模具加工操作繁琐、加工设备昂贵、加工环境洁净度要求高、产品设计及制备技术门槛高和工艺复杂等问题，提出一种使用激光切割机制备微结构并结合溶剂辅助键合技术制备微流控芯片模具的低成本快速制备方法。
[0008]本专利技术的目的是提供以下技术方案来实现的：一种基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具的方法，先通过激光切割机将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA板切割成预先设计的微通道结构形状；再将该结构放置于预热至65
‑
80℃的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA基板上，通过溶剂辅助键合的方法，将该结构不可逆键合于所述基板上，即制得可用于PDMS直接浇筑的微流控芯片模具。
[0009]所述溶剂为三氯甲烷、乙醇、异丙醇中的任意一种溶剂及他们任意比例的混合溶剂（也可选择溶解度与PMMA较为接近且易挥发的有机溶剂）。
[0010]在本专利技术中，用于制作微通道结构的聚甲基丙烯酸甲酯板PMMA板为商品化的PMMA板，微通道结构的厚度可由商品化的PMMA板厚度调节。
[0011]所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA基板键合前放置于75
°
电加热板上预热2min。其作用是有助于溶剂对PMMA材料的局部有限溶解，能显著降低PMMA材料的玻璃态温度（T
g
），施加一定的压力即可使微结构更牢固的键合于PMMA基板之上。
[0012]在溶剂键合时，使用移液器吸取溶剂，根据模具通道结构的底面积的大小，适量吸取约5
‑
50μL，并沿模具通道结构与基板接触面边缘注入溶剂，溶剂会以毛细力为驱动最终充满微结构与基板间的间隙。
[0013]本专利技术的技术特征在于，使用激光雕刻切割机加工市售商品化的聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），加工好的微结构通过溶剂辅助键合与另一块预热的PMMA板不可逆键合；激光切割工艺的引入提升了模具微结构的制备精度同时降低了制备周期和加工成本，溶剂辅助键合技术可保证模具微结构质量和聚合物材料键合的强度，两种方法的结合大大简化了模具制备流程，节省了人力物力，同时降低了微流控芯片技术的应用和普及的门槛。
[0014]更具体的说，微通道结构是将商品化的PMMA板使用激光切割机加工成预先设计的微通道结构，该微通道结构经有机溶剂辅助键合于另一经预加热的PMMA板上，即可完成模具的制备。微通道结构设计由计算机画图软件完成，微通道厚度由商品化的PMMA板决定，根据芯片使用目的不同可选用最低厚度为0.1mm的PMMA板。该模具制备成本低廉、操作简单、成品率高、设备门槛低，有望在一般实验室得到普及。
[0015]应用该方法制备模具时步骤较少且每一步骤所用时间较短，操作熟练时，整个加工过程约耗时30min，约是传统光刻法制备微流控芯片模具耗时的二十分之一。所用试剂及耗材易得且价格低廉，整个模具制备所用PMMA板、有机溶剂、蒸馏水等，按模具每平方厘米成本不超过人民币2元，几乎所有实验室均可负担此成本。
[0016]本专利技术所述模具制备方法流程大致可分为：PMMA板的激光切割—PMMA基板预加热—微通道结构的溶剂辅助键合。
[0017]本专利技术所述方法制备的模具可直接用于PDMS浇筑，经加热即制备所需微流控芯片。
[0018]相比现有技术，本专利技术主要包括以下优点：1.使用激光切割机快速的完成对商品化的PMMA板的切割以制备PMMA微结构，整个切割流程耗时通常不超过5 min，制备周期短、切割精确度高、重现性好，且PMMA微结构的厚度可由商品化的PMMA板厚度调节。市售商品化PMMA板最小厚度为0.1 mm，如有特殊需求通常可定制更小的厚度，但将产生额外费用。
[0019]2.使用溶剂辅助键合技术可将PMMA微结构和PMMA基板进行快速键合，该方法理论成熟、操作简单、耗时短、成本低。所用有机溶剂可为三氯甲烷、乙醇、异丙醇等溶剂及他们任意比例的混合溶剂，相较于其他溶剂辅助键合技术中使用有机溶剂加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具的方法，其特征在于；先通过激光切割机将聚甲基丙烯酸甲酯板PMMA切割成预先设计的微通道结构形状；再将该结构放置于预热至65
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80℃的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA基板上，通过溶剂辅助键合的方法，将该结构不可逆键合于所述基板上，即制得可用于PDMS直接浇筑的微流控芯片模具。2.根据权利要求1所述的快速制备微流控芯片模具的方法，其特征在于；所述溶剂为三氯甲烷、乙醇、异丙醇中的任意一种溶剂及他们任意比例的混合溶剂。3.根据权利要求1所述的基于溶剂辅助键合快速制备微流控芯片模具的方法，其特征在于；用于制作微通道结构的聚甲基丙烯酸甲酯板PMMA板为商品化的PMMA板，微通道结构的厚度由商品化的PMMA板厚度调节。4.根据权利要求1所述的基于溶剂辅助键合快...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢复炜，李泽之，李翔，华辰凤，尚平平，赵俊伟，刘克建，刘惠民，
申请(专利权)人：中国烟草总公司郑州烟草研究院，
类型：发明
国别省市：