[发明专利]等离子体辅助热压键合微流控芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物科学微全分析系统(Micro Total Analysis System，μ-TAS)技术领域，尤其涉及一种等离子体辅助热压键合微流控芯片及其制备方法。

背景技术

微流控芯片是指通过微加工技术及其它加工方法将一个生物或化学实验室微缩到一块只有几平方厘米大的薄片。在一块芯片上构建的化学或生物实验室可以将化学和生物领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测、细胞培养、分选、裂解等基本操作单元进行集成。最终，上述的操作单元可以集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，用可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。

目前热塑性聚合物的微流控芯片制作中使用最广泛的键合方法是直接热键合法，其主要工艺是将基片与盖片配合后放入加热腔内，然后利用加热装置基片和盖片进行加热，与此同时对其施加一定压力。当材料被加热到玻璃化温度Tg附近并且压力达到设定的键合压力时，进入保温保压阶段。在这个过程中，由于受到较高的温度和外部压力作用，器件表面紧密贴合，分子间作用力不断增强。待保温保压一段时间后，开始对基片和盖片降温，当温度降低到材料的Tg以下时，卸载芯片上的压力，最终基片和盖片会在表面分子间作用力下实现键合。

直接热键合法不改变微结构表面的特性，也不引入其他的物质，所以微结构表面均匀一致。然而，在这一方法中键合强度和微结构的变形量是很难兼顾的矛盾，由于分子间作用力和接触界面之间距离的高次方成反比，因此只有在较高温度和压力下，两界面上聚合物分子间才能够产生较强的相互作用力，而获得高强度的键合。但是温度、压力过高则容易导致微通道变形量过大，还会引起基片整体变形和键合残余应力过大。另外设备开机预热和键合的时间都比较长，并且在热压键合之后，微流控芯片上的有机物会附着在加热块或者垫片上，不易清洗。

发明内容

本发明的目的是通过等离子体处理热塑性微流控芯片，能够降低热压键合的条件，并能够提高键合强度，显著降低微通道变形量，从而协助热压键合的规模化生产。

第一方面，本发明提供了一种等离子体辅助热压键合微流控芯片的制备方法，所述方法包括：对基片和盖片分别进行等离子处理，使所述基片的表面形成第一活化层，并且所述盖片的表面形成第二活化层；利用所述第一活化层和所述第二活化层对所述基片和所述盖片进行热压键合，得到所述微流控芯片。

优选的，所述基片和盖片的材料均为热塑性聚合物。

优选的，所述等离子处理的气体为O₂或体积比1:1的O₂/N₂混合气体，功率为50W-100W，处理时间为1分钟-3分钟，气体流速为100sccm-400sccm。

优选的，所述热压键合的温度为80℃-100℃，压强为1Mpa-5Mpa，时间为5分钟-15分钟。

优选的，所述利用所述第一活化层和所述第二活化层对所述基片和所述盖片进行热压键合具体为：

将所述基片和所述盖片放入热压设备中，并将所述第一活化层与所述第二活化层对准；

利用所述热压设备，将所述第一活化层和所述第二活化层贴合在一起，并在预设温度下施加压力，从而实现所述基片和所述盖片的热压键合。

优选的，所述基片包括沟槽；在所述热压键合后，所述基片与所述盖片间，通过所述沟槽形成微通道。

第二方面，本发明提供了一种如上述第一方面所述的等离子体辅助热压键合微流控芯片的制备方法制备的微流控芯片。

本发明提供了一种等离子体辅助热压键合微流控芯片及其制备方法，在微流控芯片键合前的预处理环节中，利用等离子体改性技术在等离子体机腔体中对微流控芯片表面进行等离子体处理，提高芯片表面活性后进入热压机中实现键合。本发明提供的方法在键合工艺参数上降低了键合温度与时间，显著提高了热键合的生产效率，且键合强度为直接热键合的3-5倍，而微结构的变形量比直接热键合显著降低。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的等离子体辅助热压键合微流控芯片的制备方法流程图；

图2为本发明实施例一提供的等离子体辅助热压键合微流控芯片的制备方法示意图；

图3为本发明实施例一提供的等离子体辅助热压键合微流控芯片的制备方法示意图；

图4为本发明实施例一提供的等离子体辅助热压键合微流控芯片的制备方法示意图；

图5为本发明实施例四提供的微流控芯片剖面图。

具体实施方式