[发明专利]聚合物微流控芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片及其制备工艺，具体涉及一种适用于检测微量物质的聚合物 微流控芯片及其制备方法，属于微纳加工技术领域。

背景技术

随着社会工业社会的快速发展，越来越多的微型器件尤其是微机电系统 (MicroelectromechanicalSystems，MEMS)已经被广泛应用到各个领域中。

其中一种重要的微型器件，即微流控芯片以其独特的性能而得到了国内外专家的广泛关 注。微流控芯片是在普通毛细管电泳的基本原理和技术的基础上，利用微纳米加工技术在硅、 石英、玻璃或高分子聚合物基质材料上加工出各种微细结构，如管道、反应池、电极之类的 功能单元，完成生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生化反应、处理(混合、过滤、稀 释)、分离检测等一系列任务，具有快速、高效、低耗、分析过程自动化和应用范围广等特点 的微型分析实验装置。

目前，微流控芯片的制备方法主要刻蚀法，热压法，注塑法，浇铸法，激光烧蚀法等。 刻蚀法一般分为干法刻蚀和湿法刻蚀，干法刻蚀采用等离子体或反应气体对衬底进行图形化 刻蚀，湿法刻蚀采用化学溶液对衬底进行图形化刻蚀。刻蚀法对硅材质衬底和玻璃衬底较为 适合，但是对聚合物衬底确难以实现图形化沟道制备。热压法采用基板和模板在一定的温度 和压力下，控制一定时间后，在基板上就形成了与模板图形相反的微流沟道。但热压法对模 板的要求比较高，而且对于沟道有交叉点的图形，会形成不均匀的形状。注塑法是先利用微 细加工制备出微型模具，然后在注塑成型机上将聚合物在一定温度和压力下进行结构成型。 虽然注塑法易于批量生产，但是其模具制造工序复杂，且周期较长。浇铸法类似于传统金属 铸件的制备方法，利用一定结构的模具，将熔融状态的基体材质进行浇铸。此种方法易于操 作，成本较低，但是脱气时间较长。激光烧蚀法是利用激光束对基底材质直接进行烧蚀，从 而形成所需要的图形结构。此种方法可以形成较为良好的沟道深度，但是其对沟道的侧壁损 伤较大，且设备基本昂贵。

近些年，随着半导体技术的飞速发展，在微流控芯片制备方面也开始运用半导体技术。 如CN100344964C报道一种利用半导体技术中的光刻、刻蚀、溅射和热压的方法制备的电化 学微流控芯片，其可用于生化分析中的糖类检测。此类微流控芯片的优点是精度较高、易于 批量化生产。但是采用此种半导体技术制备的微流控芯片，通常是采用半导体技术在玻璃、 硅或聚合物衬底上形成微流控沟道，然后再通过半导体工艺在上面沉积电极结构。但是这种 结构下，在侧壁沉积电极金属时，难以控制金属层的均匀性和连续性，从而造成电极的断路 而影响器件效果。又例如，CN103822961A虽然公开了利用微纳加工技术制备了电化学微流 控芯片，但是基本还是典型的利用微纳加工制备的检测电极，而且也是传统注塑制备的直流 沟道，难以实现微流控的精确检测。因此，需要一种简单易行、精度良好、可靠性高的制备 方法制备出具有良好深宽比结构的微流控芯片。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚合物微流控芯片及其制备方法，以克服现有技术中的 不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种聚合物微流控芯片的制备方法，其包括：

提供包含有电极的第一聚合物基底，所述电极凸设于所述第一聚合物基体的第一表面；

采用UV-LIGA技术(紫外光源曝光的光刻、电铸和注塑技术)制备形成微流道模具，再 利用所述微流道模具，通过微注塑方式或旋涂、剥离方式制备出包含有微流道的第二聚合物 基体，所述微流道凹设于所述第二聚合物基体的第二表面；

将所述第一聚合物基体的第一表面与第二聚合物基体的第二表面相互封接，并使所述电 极至少局部凸露于所述微流道内，实现所述聚合物微流控芯片的封装。

在一些较为优选的实施方案之中，所述的制备方法包括：

提供第一聚合物基体，并在该第一聚合物基体的第一表面依次形成基底金属层和电极金 属层，并在所述电极金属层上形成于所述微流控芯片结构对应的图形化掩膜，之后利用所述 图形化掩膜，采用湿法刻蚀工艺依次对所述电极金属层、基底金属层进行刻蚀，形成包含有 相互间隔设置的工作电极、对电极和参比电极的第一聚合物基底；

以及，将所述第一聚合物基体的第一表面与第二聚合物基体的第二表面相互封接，并使 所述工作电极、对电极和参比电极至少局部凸露于所述微流控通道内，实现所述聚合物微流 控芯片的封装。