[发明专利]三维微流控芯片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工领域，尤其是涉及三维微流控芯片的制作方法。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块芯片上，自动完成分析过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

微流控芯片特征主要是其容纳流体的有效结构（通道、反应室和其它某些功能部件）至少在一个纬度上为微米级尺度。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能。因此采用独特的分析能够产生特殊的性能。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。

目前微流控芯片的制造方法主要是通过光刻、热压等方法制作出一面带有微纳米尺寸流道的芯片，然后将其和盖片键合得到。而目前光刻、热压等方法只能获得平面的二维结构，难以获得真正的三维流道，即使是得到三维流道，也是通过平面的二维结构拼装而成。因而目前所使用的微流控芯片均以二维为主。而三维的微流道可以实现更好的试剂混合、不同试剂的相互反应。如果在微流道内通入细胞培养液的话，使用三维微流道便于从各个方向对细胞进行培养、刺激、观察等。因而三维微流道具有更为重要的应用价值。

申请号为200810070306.9的中国发明专利申请公开了含原位聚合甲基丙烯酸丁酯预处理整体柱的三维微流控芯片及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）盖片采用PMDS（聚二甲基硅氧烷）整体浇铸成型法制作；（2）以玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚二甲基硅氧烷（PMDS）为芯片基片材料，采用湿法或者干法刻蚀有流体混合和反应的微通道网络，微通道网络尺寸为长10~30mm×宽50~200μm×深50~200μm；（3）采用双官能团试剂γ-MAPS处理盖片中微通道；（4）在盖片的微通道中，采用紫外光照原位聚合法制备聚甲基丙烯酸丁酯预处理整体柱；（5）将步骤（4）制备的盖片和步骤（2）制备的基片直接粘接封装，使盖片上的微通道和基片中的微通道网络连通，得到三维微流控芯片。该技术方案采用传统的光刻、热压等方法制作出一面带有微纳米尺寸流道的基片，然后将其和盖片键合得到，拼接形成三维的微流道，制备步骤复杂、工艺繁琐，生产效率较低，不利于工业化大规模生产。

发明内容

本发明提供了一种三维微流控芯片的制作方法，利用固化树脂做基面，采用可溶于溶剂的流道实体材料构造三维流道实体结构，再浇注液态可固化树脂，最后通过芯模分离的方法获得三维流控芯片。制作的三维流控芯片拥有多层高效的结构，其制作过程简单、三维结构精确可控、制作效率高。

一种三维微流控芯片的制作方法，包括以下步骤：

1）在工作台面上浇注一层液态可固化树脂，固化后形成芯片的底面；

2）在芯片的底面上喷射可溶于溶剂的流道实体材料制备三维流道实体结构；

3）在三维流道实体结构上浇注液态可固化树脂，将三维流道实体结构包覆，固化后形成实体芯片；

4）采用溶剂将实体芯片中的三维流道实体结构溶解，制得三维微流控芯片。

步骤1）和步骤3）中，液态可固化树脂可采用现有技术，可选用单体，也可以选用混合物，可以通过加热的方式固化、添加固化剂的方式固化以及两者结合的方式固化。作为优选，所述的液态可固化树脂为环氧树脂、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等中的一种，可采用市售产品。其中，步骤1）中的液态可固化树脂和步骤3）中的液态可固化树脂可以相同，也可以不同，只要两者的液态可固化树脂最终固化形成一体芯片结构即可，作为优选，步骤1）中的液态可固化树脂和步骤3）中的液态可固化树脂相同，能够大大提高一体成型芯片的结构强度。

步骤2）中，在芯片的底面上喷射可溶于溶剂的流道实体材料制备三维流道实体结构，具体包括：

a）根据需要绘制三维流道图；

绘制三维流道图可采用现有技术，可通过计算机辅助设计CAD(Computer Aided Design)得到三维流道图，可使用商业CAD软件，诸如Solidworks、UG等绘制；