本发明专利技术为一种聚甲基丙烯酸甲酯材料微流控芯片加工技术方法，用于微流控芯片装置加工的技术，而微流控芯片是用于液体类物质快速检测分析的装置，属于仪器分析科学技术领域。本发明专利技术涉及一种微流控芯片的低成本、快速加工技术。包括微流控芯片直接激光打印，热合密封技术，芯片的电极电路热融式嵌入固定方法；微流控芯片以接触式电极连通外接设备，传输电信号设计，及抽取式微流控芯片固定卡座设计。该发明专利技术的技术促成一些不涉及有机溶剂的微流控芯片生产变得廉价，使用方便，甚至成为一次性耗材。该技术发明专利技术的微流控芯片加工技术，如果投入量产，成本将更加低廉，对微流控芯片的产业化、普及应用方面会起到关键重要的推动性作用。
【技术实现步骤摘要】
微流控芯片技术(Microfluidics Chip或Lab-on-a_chip)属于分析测试科学的前沿领域，用于生物、医药、化学、食品、水质的快速精确分析。是当今分析科学领域内最先进，最受瞩目的热点技术之一。在生命科学中，由微流控芯片技术主导构建的芯片实验室技术，已经获得一些重大应用。利用该技术可在一张小小的芯片上，同时实现对多个病人，进行多种疾病的监测与早期诊断。在军事领域，它可以直接用于检测战场上的水源、空气和食物污染情况。在检疫、食品、卫生、农业、环境监督领域，可用于广泛大规模的健康检查，地区性遗传病、传染病调查分析，污染物质对人群作用，农产品质量改良动植物的作用机制及作用范围等研究中，及海关出入境动植物及商品的生物学检验等。
技术介绍
微流控分析芯片技术是基于20世纪90年代提出的的微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems, μ -TAS)理念上发展起来的分析科学新兴前沿
之一。该技术主要利用微电子、微加工技术，将用于分析的各反应单元及前处理装置，微缩，集成化于一小块芯片上。辅助以光电信号微处理技术，完成对样品的多项目、多样本快速分析，具有自动化、信息化程度高，简单、快速、高效、仪器微型便携的特点。微流控芯片均有广阔的应用前景，巨大发展潜力。不久的将来，必然会渗入到我们生活的各个分析检测领域。计算机芯片使计算微型化，微流控芯片技术使实验室微型化。在生物分析领域它可以使珍贵的生物样品和试剂消耗降低到微升或纳升级，而分析速度成倍提高，成本成倍下降；可以使以前需要在一个大实验室花大量样品、试剂和很多时间才能完成的分析检测活动，在一块小的芯片上花很少量样品和试剂，以很短的时间同时完成；使以前大的分析仪器变成平方厘米尺寸规模的分析仪，将大大节约资源和能源。由于微流控芯片技术是一个很新的前沿领域，目前该技术在我国，正处于广阔研发阶段，并未真正走向一般性的实用领域。整体水平离研制出自主核心技术产权，产品商业、实用化的目标还有很大距离。微流控芯片技术广泛推广应用的核心是开发出廉价、功能多样的芯片。目前，用于微流控芯片加工制造的技术主要有三种:高精度数控机床(CNC)、激光掩膜光刻蚀、低温化学键合(Low-Temperature Co-Fired Ceramics, LTCC)。这些芯片制造技术平台功能过于单一，一般平面微通道能加工的深度不超过2_。而且造价昂贵(均需数十万元以上)，要求技术专业性太强，过于精细。其它见报道的非主流方法大多需要加工专用模具或工序复杂，耗时漫长。所以，目前 受微流控芯片加工技术限制，设计制造微流控芯片的成本居高不下，严重影响了这一先进的技术走向实用化、产业化。缺少实用化的微流控芯片设计制造方法，成为目前阻碍微流控芯片走向应用的主要瓶颈。首先，从用于制造微流控芯片的主要材料来看，主要有三种:玻璃、石英、各种有机聚合物。玻璃和石英有很好的电渗性质和优良的光学性质，可采用标准的刻蚀工艺加工，用比较熟悉的化学方法进行表面改性，但加工成本较高，封接难度较大。常用的有机聚合物包括刚性的聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,缩写PMMA),弹性的聚二甲基娃氧烷(PDMS)和聚碳酯(PC)等，这些材料成本低，可用物理或化学方法进行表面改性，制作技术与玻璃芯片更为容易一些。从经济廉价、容易加工的角度考虑，当前各个研究的实验室，采用有机聚合物为微流控芯片加工材料更为实用。本专利技术采用的微流控芯片制作材料是聚甲基丙烯酸甲酯，材料极为易得，成本低廉。容易加工成型，机械和激光都能对其进行精细加工。材料本身具有极好的透光性能，可透过92%以上的太阳光，紫外线达73.5%。机械强度较高，有一定的耐热寒性，热变形温度约为96°C (1.18MPa)，维卡软化点约113°C。耐酸、碱、盐腐蚀性好。电绝缘性能良好。除易溶于有机溶剂外，是非常理想的常用化学反应容器材料。但是，因为PMMA材料可被酮类、氯代烃和芳烃等有机溶剂溶解。本专利技术，实现一种PMMA材料微流控芯片快速、低成本加工技术，用普通激光雕刻机，刻蚀芯片反应单元和液体通道，打印设计好的芯片图，如同打印机打印一样，雕刻的芯片为所见即所得。用热合技术快速完成芯片盖板与主板块封装。芯片需要布设的检测电极与线路，采用热熔方法，嵌入芯片体，固定。独特地设计使承载样品和布设有复杂线路的芯片自成一个单元，与外部设备线路隔离。只利用接触芯片卡固定座上的接触点，与外部设备连通，完成微流控芯片信号的传输。该技术加工制作微流控芯片，不需制作模具，不需要特殊专业设备，不涉及化学键合封装技术。方式简单，加工出来的芯片功能灵活多样，需要时间短(一般数小时)，降低了微流控芯片的加工难度和复杂程度；极大地降低芯片制作成本，甚至接近常见的一次性消耗性器材的成本(几元人民币)。而研制开发设计及制作芯片的成本，则降低到仅需数万元。与目前其他三种技术(CNC、激光掩膜刻蚀、LTCC)具有很大的优势。本技术专利技术，降低了设计制作微流控芯片设计制作的复杂程度与难度，极大地减少微流控芯片的制作成本投入。在芯片的一次性使用，便捷更换方面有了实质性突破，大程度上推进微流控芯片制作技术的成本低廉化、实用化进程。降使微流控芯片技术向着产业化、实用化迈进一大步。开发廉价、性能优异、实用的芯片是微流控芯片检测技术产业化的关键，
技术实现思路
本专利技术采用的微流控芯片加工技术方案采用以PMMA材料平板为微流控芯片的基体材料(以下简称基材)，用普通激光雕刻机直接打印微流控芯片上面所需要的各种反应单元和微通道。打印雕刻设计好的芯片图，如同普通打印机打印文档一样，雕刻的芯片为所见即所得。再采用热合技术封装芯片，完成芯片主板块与盖板的密封封装。最后，微流控芯片需要布设的检测电极和金属电路，是利用电极与金属电路对热的良好传导性，对其加热，使芯片材料热熔，借以嵌入芯片体，并固定。微流控芯片与外部设备连接所需要的信号线，全部用芯片主板块侧端设置的金属螺钉作触点，与配套起 固定作用的卡座上分别对应的金属螺钉，靠接触连通外部设备，进行电流信号传输。微流控芯片上虽布设有复杂电路金属导线，但靠接触传导电信号，微流控芯片与外部设备的线路隔离，成为无尾化(外连接线)独立的单元，从而使得芯片更换简便，甚至可变成一次性耗材。半开的固定卡座内部尺寸与加工好的内部微流控芯片外尺寸相吻合，不同的微流控芯片更换使用时，只需要从固定卡座侧开口一端插入或抽出，即可更换。该技术专利技术的微流控芯片加工技术，如果投入量产，成本将更加低廉。在微流控芯片技术用于非有机溶剂样品分析检测领域(如水、血清、食品等)，走向大众、普及化的市场产品已经成为指日可待的事情。专利技术的创新性与先进性1.本专利技术采用一定厚度(约1-1Omm)的PMMA材料平板，作为微流控芯片的加工基材。其中较厚的一块，作为用来雕刻芯片反应单元与液体通道用的主板块。另一块较薄的PMMA板与前一块的主平面大小一致，作为完成主板块雕刻工作后的盖板，加工好芯片主板块后，上下重合放置，然后进行热合封装。这样做的优点是:使制作芯片的基本原材料成本降到了最低。PMMA板材价格低廉，目前市场批发价格来算，一片微流控芯片的基材价格不会超过2.0元本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，缩写PMMA)材料微流控芯片快速、低成本加工技术。其特征为采用一定厚度、大小按设计要求切割好的两块PMMA平板为微流控芯片加工的基本材料，厚度约1～30mm、面积1～4000cm2大小。其中较厚的一块为微流控芯片主板块，用来刻蚀微流控芯片的微通道和反应单元等；另一块较薄的为作雕刻好的微流控芯片主板块密封盖板用。所用PMMA材料平板，表面平整，无弯曲、凸凹。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马新华，刘楠，欧国荣，朱蓓，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院卫生学环境医学研究所，
类型：发明
国别省市：
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