[发明专利]一种基于聚合物基板的微流控芯片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片加工领域，特别涉及一种基于聚合物基板的微流控芯片的制备方法。

背景技术

微流控技术又称为芯片实验室技术，是指利用微管道处理或操控微小流体的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和医学工程的新型交叉学科。因其通常表现为一块集成有各种功能模块的微小卡片样子，微流控装置也通常被称为微流控芯片，或称为芯片实验室(labonachip)和微全分析系统(uTAS).

微流控技术的典型特征是微管道(尺寸为数十到数百微米)和微流体体积操控(纳升级甚至皮升级操控)，以及由之带来的高度集成化和微型化。微型化和集成化是微流控技术的一个杰出优点。譬如，最常见的血常规检测，传统的全自动生化分析仪具有庞大的体积(如130cm×85cm×130cm)以及近5ml的抽血量，然而，采用微流控技术的全自动生化分析仪，在测试精度与传统生化分析仪等同的情况下，其体积仅为25cm×15cm×25cm，所需血液量降低至0.1ml，全部指标测试时间仅需15min。

微流控技术的另一个优势是可靠性高，其原因是微流控技术舍弃了传统的软管、管接头以及泵阀形式，而是在芯片内部集成管路、泵、阀等。例如，并行化搅拌式生物反应器(parallelminiaturizedstirredtankbioreactor)通常具有较高的通量，例如数十个乃至数百个、数千个生物反应器。而每个反应器都需要流量精确可调的输入各种营养液、缓冲液、氧气等，导致整个系统具有数百乃至数千个管路及管接头、泵、阀等等，采用传统软管、管接头方式将导致整个系统非常庞大与繁杂，非常混乱及容易出错。而最新的采用微流控技术则可以将所有的管路、阀、泵集成到一块几百厘米平方的微流控芯片内部，使得整个仪器的装配和维护非常简单，可靠性高，简洁紧凑。

近年来，微流控技术在各类疾病诊断、生命科学、环境检测等技术领域有着广泛的应用。采用微流控芯片进行自动化分析检测，不仅可以提高分析的效率和性能精度，还能降低样品、试剂的需求量，降低或消除人为误差和交叉污染，实现仪器的微型化，因而越来越受到人们的重视。

目前最常用的单层流道的微流控芯片，是由一块带有流道沟槽的基板和一块盖板键合而成，原因是其制作简单。单层流道的芯片能够实现的功能也非常有限，无法实现三维分布的流路结构。随着各类检测分析仪仪器对高通量、多指标和并行检测的要求，其所需要的流路和微泵、微阀系统越来越复杂，单层微流控芯片越来越难以满足需要。

解决办法是使用多层微流控芯片，也就是采用多块带有流路沟道的基板逐次键合，形成层状分布的多层三维流路微流控芯片。但事实上，当微流控芯片超过两层后，其制作过程会变得非常困难，且制作的流道横截面会变形，形貌也会变粗糙，同时键合强度不足易开裂。

譬如，热压键合法是最常用的一种键合方式，其原理是在接近基板材料软化温度环境下，给结合面施加一定的压力(通常为Mpa级别)使得两面通过分子力结合的一种方式。事实上，热压键合所需的正压力随着流道层数的增加而成倍数增加，由于是在接近材料软化温度下进行的键合，这个正压力的增加将导致沟道的型变量急剧增大，沟道被“压扁”了。同时，热压键合的键合强度较小(几十psi)，意味着芯片不“结实”，当流经芯片的液体压力超过这个值后芯片将损坏。

再譬如，超声键合法是另一种常用的键合方式，它采用超声在两层基板接触位置产生局部高温，使结合面熔融而键合在一起。超声键合的主要问题在于其穿透力不足，当键合厚度超过一定值时(例如，5mm)，超声能量将因材料的阻挡而锐减，导致键合不上。加大超声能量则会导致键合部位变形，甚至整个微流控芯片的变形，使得其难以构建多层微流控芯片。

再譬如，胶粘法是一种采用液体胶对微流控芯片进行键合的方式，其键合过程是在微流控芯片层层之间充满胶后压合。事实上这种键合方式用的不多，原因是残留的胶容易流入微流控通道致使流道壁粗糙、流道直径变小甚至堵塞，不适合批量生产。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于聚合物基板的微流控芯片的制备方法，其能够在保证沟道形貌、光洁度以及键合强度的前提下，实现对多层微流控芯片的制备。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于聚合物基板的微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)覆膜：在聚合物基板的至少一个表面上覆上第一保护膜；

步骤2)流道加工：在已覆膜的聚合物基板表面开挖流道；