[发明专利]一种在PDMS表面制备薄膜型金属微器件的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种以选择性化学镀技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料表面上制备薄膜型金属微器件的方法。

背景技术

聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种弹性硅橡胶，具有透明、透气、稳定、成型简单、生物兼容性好、价格便宜等优点，因而被广泛应用于化学、生物、医药等领域研制各类微流控芯片和生物芯片。微流控芯片内常常需要集成诸如微电极、微加热器、微热电偶、微屏蔽器等各种功能的金属器件。在玻璃、石英、硅等材料制备的微流控芯片上制备集成化金属器件时，常采用真空溅射沉积-光刻-湿法腐蚀的微机电加工(MEMS)技术。但是PDMS材料本身表面自由能很低，表面性质高度惰性，因而溅射沉积所形成的金属层与PDMS表面的结合力很弱，因此难以用MEMS技术在PDMS表面制备薄膜型金属微器件。现有的在PDMS表面制备金属器件的方法基本都是采用溅射/沉积等MEMS技术，将一定形状的金属层(一般是金)先沉积在玻璃基片上，然后用具有巯基的硅烷化试剂以自组装的方式，将玻璃表面的金属器件转移到PDMS表面。这种方法成本高，操作复杂，需要洁净实验室，不适于普通实验室和工厂操作。

在聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等热塑型高聚物材料表面以紫外光诱导区域化学镀金属膜技术制备金属微器件的方法[中国专利ZL200510050716.3]，关键是以紫外光降解上述高聚物材料表面，使受光照的区域表面产生羧基，再经胺化、吸附、还原等化学步骤，在光照区域形成选择性化学镀所需要的催化剂——金属纳米粒子。将形成了催化中心的材料浸入化学镀液中，就能在受光照部分镀上所需要的薄膜型金属微器件。由于直接紫外光照射难以在PDMS表面产生羧基，因而用上述方法难以在PDSM表面制备金属薄膜微器件。最近，美国Allbritton教授的研究小组发展了一种在PDMS表面光引发接枝聚丙烯酸(PAA)的方法，在吸附了二苯甲酮的PDMS表面，通过紫外光照，引发丙烯酸(AA)单体的聚合反应，从而在PDMS表面接枝上一层含有羧基的PAA。在PDMS表面以选择性化学镀法制备薄膜金属微器件的工作尚未见报道。

发明内容：

本发明旨在建立一种以光引发选择性接枝PAA为基础的、在PDMS表面区域选择性化学镀制备薄膜金属微器件的方法。

本发明先在PDMS表面实现区域选择性的PAA接枝，然后通过胺化、吸附、还原等一系列表面化学反应，可在PDMS表面制作出具有精细结构的金属薄膜器件。利用本发明既可以在PDMS片材表面，也可以在PDMS微通道/腔体内壁制作薄膜型集成化金属微器件。

本发明提供的在PDMS表面制备薄膜型金属微器件的方法，采用紫外光引发区域选择性接枝聚丙烯酸PAA和区域选择性化学镀技术，在PDMS片表面或在PDMS芯片的通道内壁表面，制备薄膜型金属微器件，具体步骤为：

(1)处理PDMS表面：以二苯甲酮的丙酮溶液处理PDMS表面，使二苯甲酮吸附到PDMS表面；

(2)接枝PAA：将含有丙烯酸AA单体的接枝溶液滴加到PDMS片表面或注入PDMS通道内，通过紫外光刻掩膜，用365nm紫外光对PDMS表面进行区域选择性辐照，在受光照的PDMS材料表面接枝上具有微尺寸的PAA层；

(3)胺化反应：采用乙二胺作为胺化液，1-[3′-(N，N-二甲基胺基)丙基]-3-乙基碳二亚胺盐酸盐为偶合剂对接枝在PDMS表面的PAA进行胺化反应；

(4)吸附金络阴离子：用水清洗后，用HAuCl₄溶液浸泡经过胺化反应后的PDMS表面，金络阴离子被吸附到上述胺化区域；

(5)形成纳米金粒催化中心：用水清洗后，用NaBH₄溶液还原选择性吸附了金络阴离子的PDMS表面，在光照区域形成纳米金粒催化中心；

(6)化学镀金属膜：将经过前述步骤处理和清洗的PDMS表面与所需镀金属的化学镀浴接触反应。室温下反应30-120分钟，在PDMS内/外表面获得薄膜型金属微器件。

本发明在PDMS片状材料表面制备薄膜型金属微器件时，采用浸泡法对PDMS表面化学处理后，再进行化学镀操作，具体步骤为：

(1)用二苯甲酮溶液浸泡处理PDMS片：将制备好的PDMS片在二苯甲酮溶液中浸泡30s-10min，取出后用去离子水冲洗；

(2)向吸附有二苯甲酮的PDMS片上滴加适量体积的含有AA单体的接枝溶液，将光刻掩膜盖在PDMS片上，使接枝溶液在PDMS片与掩膜之间形成一层均匀的液膜；