一種微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及微流控領(lǐng)域，特別涉及微流控芯片的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微流控芯片技術(shù)在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等檢測(cè)領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能也愈加復(fù)雜，因而其制造難度也在逐漸增加。例如，某些芯片要求在內(nèi)部預(yù)封裝某些凍干或風(fēng)干的試劑;某些芯片要求在內(nèi)部嵌入各類物質(zhì)如石蠟、柔性膜等;而某些芯片內(nèi)部具有光學(xué)檢測(cè)腔體，要求檢測(cè)腔體位置處達(dá)到光學(xué)鏡面級(jí)別，等等。這些都對(duì)目前現(xiàn)有的芯片鍵合技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，使得現(xiàn)有芯片鍵合工藝難以滿足要求，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下:
[0003]熱壓鍵合法是最常用的一種鍵合方式，其原理是在接近材料玻璃化溫度下，對(duì)兩結(jié)合面施加一定的正向壓力(通常為Mpa級(jí)別)，使得兩面通過(guò)分子力結(jié)合在一起的方法。它的優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，制作容易，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，缺點(diǎn)是鍵合強(qiáng)度不足(通常幾十psi)，容易開(kāi)裂，可靠性差。同時(shí)在接近玻璃化溫度下鍵合，流道容易被擠變形。熱壓鍵合的鍵合強(qiáng)度隨著鍵合溫度和鍵合壓力的增加而增大，然而隨著這兩參數(shù)的增加，流道的變形也在增大，影響了熱壓鍵合的使用。
[0004]超聲鍵合法是另一種常用的鍵合方式，它在制作微流控芯片時(shí)，同時(shí)制作一些凸起的“筋”，有些人稱之為微導(dǎo)能結(jié)構(gòu)。在鍵合時(shí)，將上下微流控芯片基板對(duì)齊壓合后，通過(guò)超聲產(chǎn)生的局部高溫熔融該微導(dǎo)能結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使上下微流控芯片基板在熔融位置“焊接”起來(lái)。超聲鍵合法的優(yōu)勢(shì)在于其鍵合強(qiáng)度高(亞MPa級(jí)別)，缺點(diǎn)是超聲的穿透力不足，當(dāng)鍵合厚度超過(guò)一定值時(shí)(例如，5mm)，超聲能量將因材料的阻擋而銳減，導(dǎo)致鍵合不上。同時(shí)，鍵合部位的高溫將產(chǎn)生熱變形，使得附近的微流道變形。
[0005]膠粘鍵合法是一種采用液體膠或固體膠對(duì)微流控芯片進(jìn)行鍵合的方式，其鍵合過(guò)程是在常溫下，在微流控芯片各基板層之間充滿膠后壓合并等待膠凝固。此鍵合方法可獲得較高的強(qiáng)度，但由于殘留的膠容易流入微流控通道致使流道壁粗糙、流道直徑變小甚至堵塞，使用的人不多，不適合批量生產(chǎn)。
[0006]溶劑鍵合法與液體膠粘法相似，不過(guò)其使用的是一種具有揮發(fā)性的輔助溶劑。該鍵合方法具有膠粘鍵合法的高鍵合強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，由于鍵合溶劑的揮發(fā)性，鍵合完成之后流道不會(huì)堵塞。由于鍵合溶劑對(duì)芯片具有腐蝕性，芯片流道等在鍵合過(guò)程中被溶劑腐蝕而產(chǎn)生較大的粗糙度，并同時(shí)降低芯片的透明度和光學(xué)性能，在某些特殊場(chǎng)合(例如生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域)甚至導(dǎo)致芯片不可用。
[0007]由此可見(jiàn)，上述四種鍵合方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都會(huì)對(duì)微流控芯片產(chǎn)生一定的損害，甚至?xí)?dǎo)致芯片不可用，影響了微流控芯片。如果能夠?qū)嵱眯滦鸵环N結(jié)構(gòu)與制造方法，該方法能夠常溫下操作，在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鍵合的同時(shí)，還能不破壞微流控流道原有的形貌，對(duì)于微流控芯片的制作與發(fā)展將具有非常積極意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的是為了克服前面所述的幾種鍵合工藝制備微流控芯片的不足，采用在微流控芯片兩鍵合表面制作出一種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)形成一系列閉合的回路;在鍵合時(shí)，只有在這種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)內(nèi)充滿鍵合溶液;這樣，在所有輔助鍵合微結(jié)構(gòu)處，相鄰兩塊微流控芯片基板都被牢固的鍵合在一起;而其他位置則不會(huì)與鍵合溶液接觸，進(jìn)而保持原始形貌；由于此鍵合方法可以采用粘接膠水和鍵合溶劑等作為鍵合溶液，因此可以實(shí)現(xiàn)高鍵合強(qiáng)度。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種微流控芯片的結(jié)構(gòu)，包括:
[0010]第一鍵合元件，該元件具有第一和第二表面，其中至少所述表面之一包含微結(jié)構(gòu)；[0011 ]第二鍵合元件，該元件具有有第一和第二表面，其中所述第二鍵合元件與所述第一鍵合元件鍵合的表面包含與第一鍵合元件相互連通的微流體路徑；
[0012]鍵合溶液，用于將第一鍵合元件和第二鍵合元件鍵合；
[0013]以及輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)，其位于鍵合元件上非功能區(qū)域，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)用于注入和存儲(chǔ)鍵合溶液，使鍵合溶液形成閉合的回路；
[0014]其中，所述第一、第二鍵合元件，其材質(zhì)選自聚苯乙烯材料、聚碳酸脂材料或丙烯酸類聚合物材料中的一種；
[0015]所述鍵合溶液選自丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈，以及環(huán)氧膠中的一種；
[0016]所述微結(jié)構(gòu)為微流體路徑、微通道、微儲(chǔ)槽、微閥、微過(guò)濾器中的一種。
[0017]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)包括:
[0018]鍵合溶液注入孔，其為通孔，用于注入鍵合溶液；
[0019]輔助鍵合流道，其與鍵合溶液注入孔連通，用于鍵合溶液的流通和存儲(chǔ)；
[0020]輔助鍵合毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其由輔助鍵合微毛細(xì)槽流道組成，用于促使鍵合溶液按目標(biāo)流向流動(dòng)；
[0021]以及排氣孔，其為通孔，其與輔助鍵合流道連通，用于排出流道中的氣體；
[0022]其中，所述輔助鍵合流道、輔助鍵合毛細(xì)結(jié)構(gòu)位于第二鍵合元件上非功能區(qū)域，且其所在表面為第一、第二鍵合元件的結(jié)合面，所述鍵合溶液注入孔、排氣孔位于第一鍵合元件或第二鍵合元件上非功能區(qū)域，且為通孔，并與輔助鍵合流道連通，鍵合時(shí)鍵合溶液從鍵合溶液注入孔進(jìn)入，填充輔助鍵合流道和輔助鍵合毛細(xì)結(jié)構(gòu)后到達(dá)排氣孔。
[0023]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合微毛細(xì)槽流道為多組，所述輔助鍵合微毛細(xì)槽流道寬度值范圍為10?500μηι，長(zhǎng)度范圍為Imm?5mm。
[0024]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合流道與所述微流體路徑之間的距離為0.5?2mm，所述輔助鍵合流道的寬度值大于500μπι。
[0025]優(yōu)選的是，其進(jìn)一步包含N個(gè)鍵合元件，其所具有的鍵合結(jié)合面為N-1個(gè)，所述N個(gè)鍵合元件通過(guò)所述N-1個(gè)鍵合結(jié)合面上的輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)和所述鍵合溶液鍵合。
[0026]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)至少設(shè)有一組。
[0027]優(yōu)選的是，所述微流體路徑、輔助鍵合流道、輔助鍵合微毛細(xì)槽流道的深度值相同。
[0028]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合微毛細(xì)槽流道為多組，所述輔助鍵合微毛細(xì)槽流道寬度值范圍為10?500μηι，長(zhǎng)度范圍為Imm?5mm。
[0029]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合微毛細(xì)槽流道數(shù)量為5?20個(gè)。
[0030]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合流道與所述微流體路徑之間的距離為0.5?2mm，所述輔助鍵合流道的寬度值大于500μπι。
[0031 ]優(yōu)選的是，其進(jìn)一步包含N個(gè)鍵合元件，其所具有的鍵合結(jié)合面為N-1個(gè)，所述N個(gè)鍵合元件通過(guò)所述N-1個(gè)鍵合結(jié)合面上的輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)和所述鍵合溶液鍵合。
[0032]優(yōu)選的是，在每對(duì)鍵合結(jié)合面的其中一面上制作輔助鍵合流道與輔助鍵合毛細(xì)結(jié)構(gòu)，并且將鍵合溶液注入孔和排氣孔由此鍵合結(jié)合面向一個(gè)方向貫通該方向上的所有鍵合元件，通過(guò)注入孔和排氣孔對(duì)該鍵合結(jié)合面進(jìn)行注入鍵合溶液的操作，完成鍵合。
[0033]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)至少設(shè)有一組。
[0034]優(yōu)選的是，所述微流體路徑、輔助鍵合流道、輔助鍵合微毛細(xì)微毛細(xì)槽流道的深度值相同。
[0035]本實(shí)用新型至少包括以下有益效果:
[0036](I)本實(shí)用新型采用在微流控芯片兩鍵合表面制作出一種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)形成一系列閉合的回路，在鍵合時(shí)，只有在這種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)內(nèi)充滿鍵合溶液;在所有輔助鍵合微結(jié)構(gòu)處，相鄰兩塊微流控芯片基板都被牢固的鍵合在一起;而其他位置則不會(huì)與鍵合溶液接觸，進(jìn)而保持原始形貌；由于此鍵合方法可以采用粘接膠水和鍵合溶劑等作為鍵合溶液，因此可以實(shí)現(xiàn)高鍵合強(qiáng)度；
[0037](2)本實(shí)用新型的采用的輔助鍵合微毛細(xì)結(jié)構(gòu)，可以促使鍵合溶液按目標(biāo)流向充滿流道，可完全排除輔助鍵合流道的氣體，使鍵合溶液全部充滿輔助鍵合流道，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)基板的全面高強(qiáng)度鍵合；
[0038](3)本實(shí)用新型采用在微流控芯片兩鍵合表面制作出一種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)，故本實(shí)用新型的鍵合溶劑可以選自膠粘劑或者強(qiáng)有機(jī)溶劑或弱有機(jī)溶劑的一種，在滿足高鍵合強(qiáng)度、保持保證芯片的溝道具有原始光潔度和形貌的同時(shí)，還增大了鍵合溶液的可選擇性，使得微流體芯片的生產(chǎn)過(guò)程具有經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)易等特性；
[0039](4)本實(shí)用新型提供的方案，可以在室溫下對(duì)鍵合元件進(jìn)行鍵合，不僅能保證鍵合元件不會(huì)因高溫而發(fā)生形變，還能降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0040]本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本實(shí)用新型的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
[0041 ]圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的簡(jiǎn)單的微流控芯片圖；
[0042]圖2為本實(shí)用新型的具備輔助鍵合結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單微流控芯片圖；
[0043]圖3為本實(shí)用新型所述的簡(jiǎn)單微流控芯片圖的輔助鍵合毛細(xì)結(jié)構(gòu)圖；
[0044]圖4為本實(shí)用新型所述的簡(jiǎn)單微流控芯片圖的鍵合過(guò)程鍵合溶液流向示意圖；
[0045]圖5為本實(shí)用新型所述的簡(jiǎn)單微流控芯片圖的輔助鍵合毛細(xì)結(jié)構(gòu)圖的另一種實(shí)施方式；
[0046]圖6為本實(shí)用新型為增加鍵合強(qiáng)度而額外增加輔助鍵合結(jié)構(gòu)的芯片示意圖；
[0047]圖7為本實(shí)用新型因流道復(fù)雜而具備多個(gè)輔助鍵合結(jié)構(gòu)的芯片示意圖；
[0048]圖8為本實(shí)用新型的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的一種十字門進(jìn)樣的微流控芯片示意圖；
[0049]圖9為本實(shí)用新型的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的一種十字門進(jìn)樣的微流控芯片鍵合加壓圖；
[0050]圖10為本實(shí)用新型的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的十字門進(jìn)樣芯片鍵合過(guò)程中溶液流向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0052]應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
[0053]本文所使用詞語(yǔ)“微結(jié)構(gòu)”通常是指具有多個(gè)壁的微流體基本元件上的結(jié)構(gòu)特性，所述壁至少在一個(gè)方向上的尺寸約0.1微米至約1000微米范圍內(nèi)，這些特性可為但不限與微通道，微流體路徑，微儲(chǔ)槽，微閥或微過(guò)濾器。
[0054]圖1為一簡(jiǎn)單的微流控芯片，其僅包含一個(gè)進(jìn)口103、一個(gè)出口 107以及一段微流體路徑——流道106。為了實(shí)現(xiàn)該芯片的鍵合，在鍵合元件10和