[发明专利]一种基于共形键合工艺的软式曲面微流控器件制造方法

说明书

本发明属于微纳制造领域，公开了一种基于共形键合工艺的软式曲面微流控器件制造方法，包括以下步骤：(1)带微通道图案的环氧树脂曲面微通道模板的制备；(2)准备光滑的曲面微通道模板；(3)基于两个环氧树脂曲面微通道模板浇铸成型曲面带微通道图案硅橡胶薄膜；(4)在钢质或铝质凸模表面涂覆液态硅橡胶，加热固化形成曲面光滑硅橡胶薄膜；(5)对两个硅橡胶薄膜进行电晕处理，贴合加热形成不可逆键合，得到具有目标微通道的微流控器件。本发明可以制备出软式的曲面微流体器件，比如微流体隐形眼镜，其中制备出的曲面的环氧树脂微通道模板可多次重复利用，方法简单、高效，可应用于顺形穿戴式微流体器件的制备。

技术领域

本发明属于微纳制造领域，更具体地，涉及一种基于共形键合工艺的软式曲面微流控器件制造方法，该方法可制备出曲面柔软的微流控器件，有望用于生命医学中的健康诊断领域，特别是以隐形眼镜为主的眼科健康诊断领域。

背景技术

近年来穿戴式微流体技术正处于飞速研究发展阶段，目前的穿戴式微流体器件都是平面工艺加工出来，具有一定的柔性，贴于手指、手腕、肩膀、脚底等部位实现相应区域力学(拉、压、弯曲)、化学(汗液、血糖)的传感以及给药(胰岛素)等等。然而目前关于眼部角膜、心脏、肾脏等特殊、脆弱、敏感的三维曲面区域，平面式微流体器件都无法应用，这些区域需要顺应其轮廓才适于器官穿戴。为此要研究软式曲面微流控器件制造方法。

发明内容

针对现有平面式微流体器件无法顺应形状应用于眼部角膜、心脏、肾脏等复杂曲面的问题，本发明的目的在于提供一种基于共形键合工艺的软式曲面微流控器件制造方法，通过对制造方法整体流程工艺进行设计，采用硅烷偶联辅助键合、热塑成型、曲面倒模的工艺制备出曲面含微通道图案的软质硅橡胶薄膜，之后通过共形键合工艺与曲面钢球表面薄膜进行曲面共形键合，之后剥离制备出所需软式曲面微流控器件，微流控器件内的微通道可满足预设要求。本发明可以制备出软式的曲面微流体器件，比如微流体隐形眼镜，其中制备出的曲面的环氧树脂微通道模板可多次重复利用，方法简单、高效，本发明为在生命体上应用的顺形穿戴式微流体器件提供帮助。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于共形键合工艺的软式曲面微流控器件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)带微通道图案的环氧树脂曲面微通道模板的制备：

(1-1)以软质PDMS材料为对象，基于软光刻工艺制备出图案化的软质PDMS薄膜，得到一个表面含有图案、且另一个表面不含图案的PDMS薄膜，该图案对应于目标的微流控器件的微通道；

以硬质热塑性塑料材料为对象，对硬质热塑性塑料表面先进行电晕处理产生羟基，之后在APTES溶液水浴处理以硅烷化，使硅烷基接枝于硬质塑料表面；

将PDMS薄膜不含图案的表面、硅烷化处理后的硬质塑料两者进行电晕处理改性，然后将两者贴合并加热形成不可逆键合，形成平面状的软硬式结构微图案组件；

(1-2)将所述步骤(1-1)形成的平面状的软硬式结构微图案组件置于热板中加热软化，随后将软化的组件置于阴模上，通过镜面钢质或铝质凸模冲压、真空压力吸附或高压处理，将平面状的软硬式结构微图案组件热塑成型成三维曲面状的微图案组件；

(1-3)将所述步骤(1-2)得到的三维曲面状的微图案组件贴于孔型夹具上，接着再将双组分环氧树脂AB胶以3:1的质量比混合，浇铸于所述孔型夹具中，倒模出所述三维曲面状的微图案组件的图形；待环氧树脂固化后，脱模所述三维曲面状的微图案组件，即可制备得到具有三维曲面表面、且带微通道图案的环氧树脂曲面微通道模板；

(2)准备光滑的曲面微通道模板，该光滑的曲面微通道模板具体为光滑的钢质曲面微通道模板、或光滑的铝质曲面微通道模板、或光滑的环氧树脂曲面微通道模板；其中，所述光滑的环氧树脂曲面微通道模板的制备包括以下子步骤：

(2-1)制作软质PDMS薄膜，得到表面均不含图案的PDMS薄膜；