[发明专利]玻璃材料高深宽比微结构二次约束流动刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及微加工工艺，特别是涉及一种玻璃材料高深宽比微结构二次约束流动刻蚀方法。

背景技术

近10年来，微机电技术逐渐成熟，其中微流控系统以其功能高度集成性及广泛的适用性而倍受瞩目。目前可以用于微流体器件制作的材料主要有硅、玻璃以及一些有机材料。与其它材料相比，玻璃因为具有良好的透光性和较高的强度，所以在很多微流体器件之中具有不可替代作用，应用十分广泛。但是对平板玻璃的微加工主要采用化学湿法刻蚀的方法，由于玻璃属于各向同性材料，因此通过光刻及湿法刻蚀的方法成型的微流道通常具有较小的深宽比(最大约0.5左右)。这大大限制了平板玻璃的应用范围。虽然近年来微加工技术作为微流控系统的基础发展非常迅速，在传统的微加工技术的基础上又出现了LIGA、软光刻等全新的微加工技术。但是各向同性材料的高深宽比结构加工问题却始终得不到完善解决。因此一种新的微加工技术成为微流控系统的研究中亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种玻璃材料高深宽比微结构二次约束流动刻蚀方法。

本发明采用的技术方案是：

通过光刻及湿法刻蚀的工艺在抛光后的平板玻璃上刻蚀出三个入口的微流道、中间为有效微流道和一个出口的微流道，再将经过紫外光表面活性处理的PDMS薄膜与带有微流道的平板玻璃键合，形成Glass-PDMS微流控芯片，使用精密注射泵将刻蚀剂注入位于中间的刻蚀剂入口，隔离剂从位于刻蚀剂入口两侧的隔离剂入口注入，由于隔离剂能约束刻蚀剂流束的宽度和位置，通过控制三路流体的流量比，能在已经成型的平板玻璃微流道中刻蚀出高深宽比的二次微结构。

所述的刻蚀出高深宽比的二次微结构，是通过控制三路流体的流量比，有效微流道的横截面会随刻蚀的进行逐渐变大，导致刻蚀剂会直接沉在有效微流道中形成的二次微流道，隔离剂起到保护二次微槽侧壁不被刻蚀的作用，而在平板玻璃的有效微流道内部得到高深宽比的二次微结构。

本发明具有的有益效果是：

该方法可以在原有微流道的基础上进行二次刻蚀从而在原有微流道内部形成具有高深宽比的二次微结构。只需改变隔离剂与刻蚀剂的流量比即可控制刻蚀宽度，定时改变刻蚀剂和隔离剂的流量即可实现对二次微结构形貌的控制。为基于玻璃基体材料的微流控芯片提供一种行之有效的，高深宽比微结构的加工方法。

附图说明

图1是本发明的结构与工作原理。

图2是A—A平面的剖面图。

图3是高深宽比二次微结构效果示意图。

图中：1、平板玻璃，2、有效微流道，3、PDMS薄膜，4、6、隔离剂入口，5、刻蚀剂入口，7、废液出口，8、10、隔离剂注射泵，9、刻蚀剂注射泵，11、13、隔离剂通流面积，12、刻蚀剂通流面积，14、15、隔离剂与刻蚀剂交界面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

典型的微流控流道结构需要样品和试剂量在100nl和10ml之间，甚至更少，微流控流道的直径范围在几十到几百微米。微流体在流道内均呈现层流特性。因此，当两种或更多不同试剂同时流入同一通道中，各试剂流能够同时保持自身的流型不变而只在相与相的接触界面上发生反应或分子扩散现象，并且具有较高的稳定性和重现性，玻璃材料高深宽比微结构二次约束流动刻蚀方法就是基于这种特性提出的。

本发明通过光刻及湿法刻蚀的工艺在抛光后的平板玻璃上刻蚀出三个入口的微流道、中间为有效微流道和一个出口的微流道，再将经过紫外光表面活性处理的PDMS薄膜与带有微流道的平板玻璃键合，形成Glass-PDMS微流控芯片，使用精密注射泵将刻蚀剂注入位于中间的刻蚀剂入口，隔离剂从位于刻蚀剂入口两侧的隔离剂入口注入，由于隔离剂能约束刻蚀剂流束的宽度和位置，通过控制三路流体的流量比，能在已经成型的平板玻璃微流道中刻蚀出高深宽比的二次微结构。

所述的刻蚀出高深宽比的二次微结构，是通过控制三路流体的流量比，有效微流道的横截面会随刻蚀的进行逐渐变大，导致刻蚀剂会直接沉在有效微流道中形成的二次微流道，隔离剂起到保护二次微槽侧壁不被刻蚀的作用，而在平板玻璃的有效微流道内部得到高深宽比的二次微结构。