專利名稱：一種帶z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片的制作方法，特別是關(guān)于一種帶Z型光度檢測(cè)流動(dòng)池的微流控芯片的制作方法。
背景技術(shù)：
微流控系統(tǒng)是上世紀(jì)九十年代開始發(fā)展的一種分析技術(shù)，它利用微加工工藝在芯片上制作微通道、微反應(yīng)器和微檢測(cè)器等功能單元構(gòu)成微系統(tǒng)，用來完成傳統(tǒng)化學(xué)和生物學(xué)等分析、檢測(cè)的操作過程，具有便攜、高通量、功能靈活、低樣品和低試劑消耗量等特點(diǎn)。
吸光度檢測(cè)是一種重要的檢測(cè)方式，在液相系統(tǒng)、毛細(xì)管電泳系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，但是目前在微流控芯片上直接進(jìn)行吸光度檢測(cè)的研究很少，主要原因是(1)微流控芯片通道直徑很小，有效光程一般只有數(shù)十微米，遠(yuǎn)小于吸光度檢測(cè)的要求；(2)微流控芯片通道的外壁厚度一般在2mm以上，引入的背景吸收相對(duì)非常大，而且會(huì)增大光路發(fā)散面積；(3)目前使用最多的光刻法制成的光窗為平凹面鏡，是非平面的，其表面較為粗糙，易造成光路折射和散射。以上原因造成目前的微流控芯片毛細(xì)通道不適合直接作吸收池進(jìn)行光度檢測(cè)。
Z型吸光度檢測(cè)池是微液相系統(tǒng)中發(fā)展起來的一種在微小流動(dòng)池體積下增加光程、提高檢測(cè)靈敏度的結(jié)構(gòu)，目前很多商品儀器均采用該流動(dòng)檢測(cè)池結(jié)構(gòu)，一些儀器可以在數(shù)十納升的流動(dòng)池體積下做到5mm光程，將這種技術(shù)應(yīng)用于微流控芯片的集成光度檢測(cè)，可以比較好地解決微流控芯片目前由于光程短而無法進(jìn)行光度檢測(cè)的問題。然而將Z型光度檢測(cè)流動(dòng)池集成到微流控芯片上的制作有一定的難度(1)在微流控芯片上制成折線型的通道，在與芯片平行的方向進(jìn)行檢測(cè)，不容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槟壳暗统杀镜姆椒ㄖ瞥傻奈⑼ǖ纻?cè)壁多為弧形，而且光路需要引入光導(dǎo)纖維等部件，不易加工而且測(cè)量重復(fù)性也不好；(2)使用離子深刻蝕等技術(shù)制作形狀規(guī)整的吸收池，其成本過高；而且將通道刻蝕在上下蓋片上的方法不適合制作Z型流動(dòng)池，因?yàn)橛闷胀ǖ目涛g方法制成的兩面的光窗不易做成平面；(3)采用外接檢測(cè)池的方法進(jìn)行微流控芯片光度檢測(cè)，因增大死體積會(huì)造成信號(hào)展寬，同時(shí)也會(huì)因系統(tǒng)復(fù)雜而造成成本過高，也不是理想的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種成本低，光窗光潔，加工方便的帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，它包括以下步驟1)利用繪圖軟件繪制芯片中上、下兩層通道的圖形并輸出，所述上層圖形包括上層通道、儲(chǔ)液池凹槽，儲(chǔ)液池通孔和Z型池通孔，下層圖形包括下層通道、儲(chǔ)液池通孔及Z型池通孔；2)采用常規(guī)光刻方法制出兩張陽模，兩所述陽模的一面分別刻有凸起的圖形，然后采用常規(guī)方法對(duì)陽模表面進(jìn)行烷基化處理；3)將兩所述陽模的凸起圖形對(duì)準(zhǔn)，且在兩所述陽膜中間墊入一U形墊圈，然后用夾具夾緊所述兩陽模垂直加壓固定，形成一U形液槽；4)將所述U形液槽開口向上，向所述U形液槽內(nèi)灌入經(jīng)過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷單體和引發(fā)劑，并將所述U形液槽置于真空烘箱中，在0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱3～5h至完全固化；5)然后取出U形液槽，拆開兩側(cè)陽模得到雙面刻有凹通道槽和凹儲(chǔ)液池通孔槽，頂面刻有儲(chǔ)液池凹槽的PDMS薄片，用打孔設(shè)備在所述PDMS薄片上打通Z型池通孔連通上下層通道，打通PDMS薄片上的所述儲(chǔ)液池通孔；6)用常規(guī)方法制作出兩片厚度為20～200um的PDMS薄膜，其中一片不含結(jié)構(gòu)的PDMS薄膜作為下蓋片，另一片PDMS薄膜作為上蓋片，在與所述PDMS薄片上的儲(chǔ)液池凹槽和儲(chǔ)液池通孔相對(duì)應(yīng)開設(shè)通孔；7)將步驟6)制作好的PDMS薄片放置在所述上蓋片和下蓋片之間作為中間片，采用常規(guī)方法將上、下蓋片和中間片貼合在一起，并用光源進(jìn)行照射，即得含有Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片。
在步驟7)中，將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起后，利用紫外光源，照射時(shí)間為2～8h。
在實(shí)施步驟7)前，先分別對(duì)所述上、下蓋片和中間片進(jìn)行2h以下的紫外光源照射，再將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起，繼續(xù)照射2～6h。
在實(shí)施步驟7之前，先分別對(duì)所述上、下蓋片和中間片進(jìn)行等離子體輻照后再貼合。
在實(shí)施步驟4)前，先將聚二甲基硅氧烷單體和引發(fā)劑置于敞口容器中，在真空烘箱中0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱30～60分鐘。
所述U形墊圈的厚度為100～2000um。
所述上、下蓋片的厚度分別為20～200um。
至少在所述上、下蓋片之一上設(shè)置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對(duì)應(yīng)所述Z型光度檢測(cè)池在所述薄片上打孔。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于采用本發(fā)明方法在微流控芯片上制作的吸光度檢測(cè)池具有Z型光度檢測(cè)池結(jié)構(gòu)，因此檢測(cè)池體積小，光程可以做到較長(zhǎng)；檢測(cè)池的尺寸不受通道的形狀和尺寸影響，可根據(jù)需要設(shè)計(jì)制作；同時(shí)由于采用貼合透光薄片的方法制作光窗，因此光窗光潔、平整、厚度薄且互相平行；以上特性使本發(fā)明制作的Z型光度檢測(cè)池具有良好的性能，適合用于微流控芯片吸光度檢測(cè)。2、采用本發(fā)明方法制作的微流控芯片，含有垂直芯片平面的吸光度檢測(cè)池，可以使檢測(cè)光路垂直于微流控芯片穿越Z型光度檢測(cè)池，因此光源和檢測(cè)器可以垂至于芯片平面設(shè)置，方便吸光度檢測(cè)儀器的設(shè)計(jì)與制作。3、本發(fā)明由于在加工(聚合)過程中使用了低溫慢速聚合、抽真空排氣的方法，因此加工出的雙面帶有通道的PDMS薄片，厚度最薄可以達(dá)到100um，克服了常規(guī)方法在如此薄的液池中PDMS聚合過程中產(chǎn)生的氣泡不易排出的問題。4、本發(fā)明方法可根據(jù)需要，設(shè)計(jì)立體微流控芯片通道，無需任何高標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備即可隨時(shí)制作，而且加工過程簡(jiǎn)便易行，成本低，速度快，特別是采用本發(fā)明方法，既可以方便靈活地制作出各種形狀的雙層或多層立體通道，又可以在同一PDMS薄片上制作出多條雙層立體通道，滿足高通量的檢測(cè)要求。本發(fā)明方法可以廣泛用于各種微流控芯片的加工制作中。


圖1是普通芯片在芯片厚度方向的截面示意2是本發(fā)明在芯片厚度方向的截面示意3是本發(fā)明上層玻璃陽膜結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明下層玻璃陽膜結(jié)構(gòu)示意5是本發(fā)明制作流程示意6是本發(fā)明整體芯片結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，普通芯片1的通道2在芯片1厚度方向上看是水平的；如圖2所示，本發(fā)明的通道2在芯片1厚度方向看是Z型的，本發(fā)明帶Z型光度檢測(cè)池的制作方法與現(xiàn)有技術(shù)不同，其包括以下步驟1、制作光刻用膠片如圖3、圖4所示，依需要分別設(shè)計(jì)芯片1中上、下兩層通道圖形，上層圖形包括一個(gè)十字型通道3、三個(gè)儲(chǔ)液池凹槽4，一個(gè)儲(chǔ)液池通孔5和一個(gè)Z型池通孔6，下層圖形包括一個(gè)直通道7、一個(gè)儲(chǔ)液池通孔5及Z型池通孔6，上下兩層通道3、7的圖形在兩Z型池通孔6處重合，且兩儲(chǔ)液池通孔5亦重合。利用繪圖軟件(如CorelDraw等)分別繪制出上、下兩層圖形，并輸出(如用激光照排機(jī)打印)到兩張膠片上作為光刻用版；2、光刻制模利用上述膠版，采用常規(guī)的光刻方法分別制成兩片玻璃或石英或硅材料陽模8、9，在每一片陽模8、9中的一面分別刻有凸起的通道3、7，以及儲(chǔ)液池凹槽4、儲(chǔ)液池通孔5和Z型池通孔6的凸起，并采用常規(guī)技術(shù)對(duì)陽模8、9表面進(jìn)行烷基化處理，如用異辛烷涂抹陽模表面；3、組裝鑄造池如圖5所示，將兩張陽模8、9具有凸起的面相對(duì)，凸起的圖形按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的通道位置對(duì)準(zhǔn)，保證上、下兩層通道3、7的Z型池通孔6和儲(chǔ)液池通孔5位置重合，以便鑄造后形成對(duì)應(yīng)的雙層通道。在兩玻璃片陽膜8、9中間墊入一U形墊圈10，然后用夾具11夾緊兩張陽模8、9后垂直加壓固定。由于U形墊圈10只密封了兩張陽模8、9三個(gè)邊，第四個(gè)邊空出，所以夾緊兩張陽模8、9后，其中間墊入的U形墊圈10內(nèi)形成一U形液槽，U形墊圈10的厚度與Z型光度檢測(cè)池所需光程長(zhǎng)度相同；U形墊圈10的材料為塑料、尼龍、橡膠或金屬等均可。
4、鑄造將U形液槽開口向上放置，向U形液槽內(nèi)小心灌入經(jīng)過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)單體和引發(fā)劑(常規(guī)引發(fā)劑)，小心操作盡量不要帶入氣泡。將此U形液槽置于真空烘箱中，在0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱3～5h至完全固化，加熱溫度越高固化速度越快，但是固化速度過快時(shí)不利于小氣泡的排出。
上述方法也可先將聚二甲基硅氧烷單體和引發(fā)劑置于一敞口容器中，在真空烘箱中0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱30～60分鐘，再進(jìn)行上述澆鑄固化操作，可以更好地保證氣體排出，只要保證混合液體的粘度不至于過大影響灌注即可。
5、拆模(拆除鑄造池)取出U形液槽，拆開兩側(cè)陽模8、9得到雙面刻有凹通道槽和凹儲(chǔ)液池通孔槽，且頂面刻有三個(gè)儲(chǔ)液池凹槽4的PDMS薄片12。最后用準(zhǔn)分子激光器或其他打孔設(shè)備在PDMS薄片12上打通Z型池通孔6形成本發(fā)明的Z型光度檢測(cè)池，并連通上下層通道3、7，形成一連通的本發(fā)明的Z型通道2(如圖2、圖6所示)，打通PDMS薄片12上的儲(chǔ)液池通孔5。
6、制作上下蓋片用常規(guī)方法制作出兩片厚度為100～200um的PDMS薄膜，其中一片不含結(jié)構(gòu)的PDMS薄膜作為下蓋片13，另一片PDMS薄膜作為上蓋片14。在上蓋片14上與PDMS薄片12上的儲(chǔ)液池凹槽4相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置三個(gè)通孔15，以便將各通孔15與各儲(chǔ)液池凹槽4共同組成通道2進(jìn)口儲(chǔ)液池，同時(shí)在與PDMS薄片12上的儲(chǔ)液池通孔5相對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置一個(gè)通孔16，以便將通孔16與儲(chǔ)液池通孔5共同組成通道2出口儲(chǔ)液池。上述上蓋片14和下蓋片13亦可以用玻璃或石英薄片制作，且石英片強(qiáng)度大可以做得更薄，其厚度為20～200um，而且無紫外吸收，效果更好。
7、組裝將步驟5制作的雙面刻有凹通道槽的PDMS薄片12放置在上蓋片14與下蓋片13之間作為中間片，將上蓋片14的各結(jié)構(gòu)與中間片(即PDMS薄片12)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，采用常規(guī)方法將上蓋片14、下蓋片13和中間片貼合在一起，然后利用普通10～40W紫外燈管產(chǎn)生的紫外光照射2～8h，完成貼合，即得含有Z型光度檢測(cè)流動(dòng)池的立體通道微流控芯片。
上述步驟7也可先用紫外光預(yù)照射上蓋片14、下蓋片13和中間片2h以內(nèi)，然后再將其貼合在一起，繼續(xù)照射2～6h。上述步驟7還可采取先用等離子體輻照表面再貼合的方式完成，其可以取得更好的效果。上述普通紫外燈管也可以換成氙燈或其它能產(chǎn)生紫外光的光源。
從上述各步驟可以看出，本發(fā)明芯片1中的Z型光度檢測(cè)池的光程長(zhǎng)和容積都是可以根據(jù)需要控制的。利用U形墊片10的厚度，控制中間片(PDMS薄片12)的厚度，便可以控制Z型光度檢測(cè)池的光程長(zhǎng)，該光程長(zhǎng)一般在100～2000um；Z型光度檢測(cè)池的容積可以通過光程長(zhǎng)和直徑控制，Z型光度檢測(cè)池的直徑一般在30～300um。
為使用更加方便，可以切割與芯片1大小匹配的玻璃或有機(jī)玻璃或塑料等材料的薄片，在薄片上對(duì)應(yīng)上蓋片14的通孔15、16和中間片的Z型池通孔6的位置打孔，并將該薄片貼在上蓋片14頂部，作為固定芯片1的支撐架。還可以在一薄片上對(duì)應(yīng)Z型池通孔6的位置打孔，并把薄片固定在下蓋片13底部。更可以在上、下蓋片14、13上分別設(shè)置上述薄片。
本發(fā)明可以在一張芯片1上可以具有多個(gè)Z型通道2，即在一張芯片1上同時(shí)設(shè)計(jì)和制作多個(gè)組成Z型上、下雙層通道，用于高通量分析使用。另外采用本發(fā)明還可以制作多層立體通道，該多層立體通道可由多層PDMS薄片組成，由多個(gè)Z型池通孔和儲(chǔ)液池連通。同時(shí)本發(fā)明雙層通道的圖形可以是十字線形、直線形、曲線型(如圖5所示的上層通道)等各種通道形狀。這些變化屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明很容易想到的，這些變換不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。另外本發(fā)明的兩陽模8、9也可以采用其它方法制作，兩陽模8、9制作方法的改變應(yīng)看作本發(fā)明的等同替換，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
本發(fā)明進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將光源和檢測(cè)器分別設(shè)置在芯片1的Z型光度檢測(cè)池的兩端，使光源發(fā)出的光通過Z型光度檢測(cè)池(如圖2所示)，當(dāng)液體流過檢測(cè)池的時(shí)候，便可以通過檢測(cè)器進(jìn)行吸光度檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，它包括以下步驟1)利用繪圖軟件繪制芯片中上、下兩層通道的圖形并輸出，所述上層圖形包括上層通道、儲(chǔ)液池凹槽，儲(chǔ)液池通孔和Z型池通孔，下層圖形包括下層通道、儲(chǔ)液池通孔及Z型池通孔；2)采用常規(guī)光刻方法制出兩張陽模，兩所述陽模的一面分別刻有凸起的圖形，然后采用常規(guī)方法對(duì)陽模表面進(jìn)行烷基化處理；3)將兩所述陽模的凸起圖形對(duì)準(zhǔn)，且在兩所述陽膜中間墊入一U形墊圈，然后用夾具夾緊所述兩陽模垂直加壓固定，形成一U形液槽；4)將所述U形液槽開口向上，向所述U形液槽內(nèi)灌入經(jīng)過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷單體和引發(fā)劑，并將所述U形液槽置于真空烘箱中，在0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱3～5h至完全固化；5)然后取出U形液槽，拆開兩側(cè)陽模得到雙面刻有凹通道槽和凹儲(chǔ)液池通孔槽，頂面刻有儲(chǔ)液池凹槽的PDMS薄片，用打孔設(shè)備在所述PDMS薄片上打通Z型池通孔連通上下層通道，打通PDMS薄片上的所述儲(chǔ)液池通孔；6)用常規(guī)方法制作出兩片厚度為20～200um的PDMS薄膜，其中一片不含結(jié)構(gòu)的PDMS薄膜作為下蓋片，另一片PDMS薄膜作為上蓋片，在與所述PDMS薄片上的儲(chǔ)液池凹槽和儲(chǔ)液池通孔相對(duì)應(yīng)開設(shè)通孔；7)將步驟6)制作好的PDMS薄片放置在所述上蓋片和下蓋片之間作為中間片，采用常規(guī)方法將上、下蓋片和中間片貼合在一起，并用光源進(jìn)行照射，即得含有Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在步驟7)中，將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起后，利用紫外光源，照射時(shí)間為2～8h。
3.如權(quán)利要求1所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在實(shí)施步驟7)前，先分別對(duì)所述上、下蓋片和中間片進(jìn)行2h以下的紫外光源照射，再將所述上、下蓋片和中間片貼合在一起，繼續(xù)照射2～6h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在實(shí)施步驟7之前，先分別對(duì)所述上、下蓋片和中間片進(jìn)行等離子體輻照后再貼合。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于在實(shí)施步驟4)前，先將聚二甲基硅氧烷單體和引發(fā)劑置于敞口容器中，在真空烘箱中0.005～0.02MPa真空度下，50～55℃加熱30～60分鐘。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述U形墊圈的厚度為100～2000um。
7.如權(quán)利要求5所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述U形墊圈的厚度為100～2000um。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述上、下蓋片的厚度分別為20～200um。
9.如權(quán)利要求5所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述上、下蓋片的厚度為20～200um。
10.如權(quán)利要求6所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于所述上、下蓋片的厚度為20～200um。
11.如權(quán)利要求1或2或3或4或7或9或10所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設(shè)置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對(duì)應(yīng)所述Z型光度檢測(cè)池在所述薄片上打孔。
12.如權(quán)利要求5所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設(shè)置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對(duì)應(yīng)所述Z型光度檢測(cè)池在所述薄片上打孔。
13.如權(quán)利要求6所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設(shè)置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對(duì)應(yīng)所述Z型光度檢測(cè)池在所述薄片上打孔。
14.如權(quán)利要求8所述的一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，其特征在于至少在所述上、下蓋片之一上設(shè)置一薄片作為固定芯片的支撐架，并至少對(duì)應(yīng)所述Z型光度檢測(cè)池在所述薄片上打孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片的制作方法，它包括以下步驟1)利用繪圖軟件繪制芯片中上、下兩層通道的圖形并輸出；2)采用常規(guī)光刻方法制出兩張陽模，并進(jìn)行烷基化處理；3)在兩所述陽膜中間墊入一U形墊圈，形成一U形液槽；4)向所述U形液槽內(nèi)灌入經(jīng)過真空脫氣處理的聚二甲基硅氧烷單體和引發(fā)劑，并真空加熱固化；5)拆開兩側(cè)陽模得到PDMS薄片，并打孔；6)制作兩上、下蓋片，7)將上、下蓋片與PDMS薄片貼合在一起，并用光源進(jìn)行照射，即得含有Z型光度檢測(cè)池的微流控芯片。本發(fā)明方法無需任何高標(biāo)準(zhǔn)的儀器設(shè)備即可隨時(shí)制作，而且加工過程簡(jiǎn)便易行，成本低。本發(fā)明方法可以廣泛用于各種微流控芯片的加工制作中。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1865924SQ20061001223
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者羅國(guó)安, 任康寧, 梁瓊麟, 王義明, 姚波 申請(qǐng)人:清華大學(xué)