[发明专利]一种基于激光内雕微加工的微流控芯片制备方法

说明书

一种基于激光内雕微加工的微流控芯片制备方法，属于微流控制作技术领域。基片包括三层结构：透明盖片‑聚甲基丙烯酸甲酯‑透明底片，所述中间层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，是指由配制旋涂用聚甲基丙烯酸甲酯胶，用涂胶机在圆形玻璃底片上均匀甩涂一定厚度聚甲基丙烯酸甲酯胶固化后制成。将准分子激光聚焦至基片的PMMA层，按照设计图案驱动光斑移动进行微通道刻蚀。同时用真空泵和专用吸嘴，把刻蚀后的粉末抽吸干净，最终将基片加工形成微流控芯片。本发明通过预键合和激光直写技术，快速灵活地加工微流控芯片，从而能提高芯片加工质量，缩短芯片加工周期，并提高加工精度。

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片制作技术领域，具体涉及一种基于激光内雕微加工的微流控芯片制备方法。

背景技术

微流控广泛地服务于生物检测、化学分析和环境工程等相关领域，制作微流控芯片的材料主要有玻璃、石英和高分子聚合物等。

玻璃和石英微流控芯片通常采用光刻与化学腐蚀相结合的方法加工，技术和设备要求高，制备时间长，价格比较昂贵，封装难度大。

高分子聚合物微流控芯片制作方法主要分为基于模具的模塑法和基于激光或其他高能粒子束技工技术的直写法。模塑法可以进行较大批量生产，但其前期需要结合LIGA技术和光刻技术等工艺进行模具加工，对设备和一起的要求较高；激光直写技术需要做的前期工作较少，加工速度较快，具有高柔性，可以根据需要快速加以修改，但制作的通道表面粗糙，影响芯片性能。同时封装聚合物微流控芯片的方法和技术仍存在很多缺陷，常用的热压和粘合封装技术需要对材料表面进行改性处理，设备昂贵，有一定的时间限制，成本高，热压容易使微通道发生变形，额外的粘合剂容易造成通道堵塞。

发明内容

本发明的目的是提供了一种制备微流控芯片的方法，其通过预键合和激光直写技术，快速灵活地加工微流控芯片，从而能保证加工精度，提高芯片加工质量，缩短芯片加工周期。

为实现上述目的，提供了一种制备微流控芯片的方法，其包括如下步骤：

第一步，配制旋涂用聚甲基丙烯酸甲酯胶，对透明底片进行清洗、烘烤、活化前处理；再用涂胶机在透明底片上均匀甩涂一定厚度聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶；

第二步，根据膜厚要求在第一步透明底片相对的两边边缘放置玻璃管，同时在玻璃管和聚甲基丙烯酸甲酯胶的上方放置透明盖片，玻璃管起到支撑透明盖片，使得聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶不被透明盖片挤压流动或变形，且聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶与透明盖片接触粘结，透明盖片盖上镀有高透膜；然后烘烤固化后制得包含三层结构的基片，三层自上而下依次分别为：透明盖片-聚甲基丙烯酸甲酯-透明底片；

第三步，取出基片，在基片侧面聚甲基丙烯酸甲酯位置设置抽气口接入抽气嘴抽气，并将设计好的微流控芯片图案发送到准分子激光加工系统中，同时使得激光聚焦至透明底片上面，自侧面PMMA的抽气口处开始，根据设计好的图案驱动激光光斑在透明底片移动对聚甲基丙烯酸甲酯进行微通道刻蚀，然后在图案的末尾处聚甲基丙烯酸甲酯侧面设置出口；

第四步，在聚甲基丙烯酸甲酯侧面的抽气口和出口处接入引流管，并封装，获得微流控芯片。

进一步，在第三步之后，用去离子水，从微通道图案连接的抽气口向出口冲刷，将微通道内的粉末冲刷干净。

盖片与底片通过聚甲基丙烯酸甲酯胶固化后，预键合在一起。预键合，键合时在玻璃底片上由4个100μm厚玻璃管支撑，将三层结构紧压在一起，保证在预键合时整体厚度均匀与结合强度。优选且最终的PMMA层厚度为100μm。

按照设计图案驱动光斑移动进行微通道刻蚀。光斑移动路径，应该从基片的某一边缘位置开始，在激光刻蚀过程中，用正空泵向微通道内不断吸气，将刻蚀产生的粉末不断吸走。