[发明专利]基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件及其制备方法，特别是涉及具有多个微孔道的芯片的流体分流方法。

背景技术

由于微流体芯片反应样品微量，低成本，易于携带，高灵敏度和检测时间短等特性，在过去十年里，微流体技术已经被应用于合成化学，生物医学和临床诊断等领域(G.M.Whitesides,Nature,2006,442,368–373)。然而为了实现微流体技术的商品化，还有很多问题亟待解决。在这些技术问题当中，微芯片孔道中流体的控制是微流体技术走向实际应用的一个基本的技术问题。人们相继提出了微阀、微泵、微混合器等技术来实现对微芯片中流体的操控，其中，微阀门的应用较为广泛。

目前多种微阀门器件已经相继被报道，比如机械阀门和气动阀门等等，但是这类阀门需要复杂的外部控制装置，很大程度增大了微芯片的运行成本，这与微流体技术简单、快速、高效的特性相违背。被动阀门器件基于孔道维度、基底结构和牺牲层实现对微孔道中流体的操控，降低了微芯片对昂贵的外部控制设备的依赖，为微孔道流体调控提供了新思路。然而目前的被动阀门器件多是控制单一孔道中流体的流动情况，于是探索一种简单的微流体分流器件的制备方法实现对微芯片中多个微孔道流体的流动行为的操控是研究人员亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种简单、廉价的基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件的制备方法。

本发明的方法涉及光刻技术与等离子刻蚀方法结合制备硅片表面的微米图案化结构阵列，通过气相沉积技术对图案化结构进行表面修饰进而用于制备微芯片多孔道分流器件。整个过程操作简单，不涉及复杂昂贵的制备技术，并且所制备的图案化微米结构阵列具有很好的稳定性，微小的图案化结构对孔道中流体的流动行为有很大的影响。通过调节芯片孔道基底微结构的排布可以实现多个微孔道流体的流动行为的调控，孔道中的分流情况可以得到有效控制，并且微孔道中流体分流的实现大部分依赖于对基底结构气液固三相线的调控。本发明主要通过在微芯片孔道中排布图案化结构的方法，绝大程度的减少了常规微流体芯片复杂的外部流体控制设备。

本发明的基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件的制备方法，具体步骤如下：

(1)、微芯片下表面基片的处理：将基片置于丙酮中超声清洗5～15min，再用无水乙醇清洗5～10min，之后用去离子水清洗至无有机溶剂残留；随后对基片进行酸性氧化处理(质量分数为98％浓硫酸和质量分数为30％过氧化氢的混合溶液，两者体积比为7：3)，之后用去离子水清洗至无酸液，存放于去离子水中待用；

(2)、将步骤(1)所得的基片置于氧等离子体清洗机中清洗5～10min，使其表面变为羟基，再在基片表面悬涂一层光刻胶(悬涂条件为1000～3000rpm,10～60s，胶膜厚度为2-4μm)；随后将基片置于图案化微结构阵列掩模板下紫外曝光10～30s，再将基片置于显影液中浸泡10～30s，得到图案化的光刻胶表面；

(3)、将步骤(2)所得的图案化光刻胶表面置于等离子刻蚀机腔体中，刻蚀时间为2～20min(刻蚀气压为0～20mTorr，刻蚀温度10～20℃，刻蚀基底气体流速10～50sccm，刻蚀功率为RF为0～400W，ICP为0～400W)；之后将基片置于无水乙醇中超声清洗5～10min，再用去离子水超声清洗5～10min；随后将基片置于氧等离子体清洗机中清洗5～10min，使其表面变为羟基，再通过气相沉积法使基片表面接枝上疏水的接枝材料，便得到疏水的图案化硅结构阵列；

(4)、将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体与固化剂按质量比10：0.8～1.0的比例混合均匀，真空脱气10～30min后，倾倒至微芯片孔道模板表面，置于温度为60～100℃的烘箱中，固化3～10h，将其揭起便得到了PDMS微流体孔道；将所得到的微流体孔道与步骤(3)中制备的图案化硅结构阵列压到一起便得到了基于图案化设计表面的微流体芯片流体分流器件。

步骤(1)中使用的基片可为玻璃载玻片、石英片或单晶硅片。

步骤(2)中使用的光刻胶为正性光刻胶BP212-37s、BP212-45或负性光刻胶SU-8等。

步骤(2)中使用的紫外灯波长是365nm，功率为30～100W。

步骤(2)中使用的显影液为质量分数0.5～2％的氢氧化钠溶液或光刻胶专用显影液。

步骤(2)中的图案化微结构阵列掩模板是铬层图案化的微米级阵列。