[發明專利]一種以太陽光為曝光光源制作微流控芯片的方法及其應用

無效

• 申請號: 201010112969.X
• 申請日: 2010-02-24
• 公開（公告）號: CN102162997A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 秦建華;馬靜云;姜雷;李艷峰;林炳承
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F7/00;C12M3/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及微流控芯片制作過程中的曝光技術及其應用，特別提供了一種以太陽光代替傳統曝光設備作為UV光源的光刻方法及其制作的多種實際應用芯片。

背景技術

作為一項新興技術，微流控芯片(Microfluidics，Lab-on-a-chip)現已廣泛應用于多種領域。其具有低樣品消耗、微型化及可實現高通量分析等顯著優勢。

光刻是微流控芯片制作中最為常用的基本技術。它是利用光成像和光敏膠在基片上圖案化的過程：將掩模置于光源與光刻膠之間，用紫外光等透過掩模對光刻膠進行選擇性照射，受光照部分的光刻膠發生化學變化而變性。經后續處理對此部分光刻膠進行去除或保留，從而完成芯片模板的制作。微流控芯片實驗室最為常用的光刻膠，其感光波長范圍為：300-500nm，最常用的光源是汞燈激發的紫外光。本發明涉及微流控芯片制作中的光刻技術。

傳統曝光過程通常需要較為昂貴的光刻設備，而今，在利用替代光源進行曝光的工作中，存在的主要問題有：曝光區域受限(K.Itoga，J.Kobayashi，Y.Tsuda，M.Yarnato?and?T.Okano，Analytical?Chemistry，2008，80，1323-1327)、微圖案尺寸精度不高(A.W.Martinez，S.T.Phillips，B.J.Wiley，M.Gupta?and?G?M.Whitesides，Lab?Chip，2008，8，2146-2150)及替代光源對光刻膠不具有普適性(J.S.Miller，M.I.Bethencourt，M.Hahn，T.R.Lee?and?J.L.West，Biotechnology?and?Bioengineering，2006，93，1060-1068)等，因而制約了它們在微流控芯片制作中的應用。太陽光是自然界中最易得到的光源，其中5％能量為UV射線(290-400nm)，這一波段的光適于多種光刻膠的光敏反應。本發明涉及以太陽光為替代光源用于芯片的光刻過程，成本低廉、制作方法簡單、有足夠大的曝光面積適宜于批量生產。

玻璃電泳芯片、PDMS濃度梯度生成芯片及集成氣動微閥的細胞培養芯片的功能顯示可直觀地反映芯片的制作質量，從而表征芯片的制備工藝。

發明內容

本發明的目的是提供一種以太陽光為曝光光源制作微流控芯片的方法及其應用。

本發明提供了以太陽光為曝光光源制作微流控芯片的方法，將待曝光的光刻膠平板放在與太陽光相垂直的方向曝光，根據UV能量計檢測到的陽光中UV強度、光刻膠的種類及所需芯片陽模的三維尺寸，優化及校正曝光條件，得到光刻膠上各種微圖案的曝光結果，在此條件下得到的模板用以制作不同材料、結構及功能的微流控芯片裝置。

本發明提供的以太陽光為曝光光源制作微流控芯片的方法，所述微圖案的曝光條件的優化，要根據陽光中UV強度、光刻膠的種類及所需芯片陽模的三維尺寸進行優化。

本發明提供的以太陽光為曝光光源制作微流控芯片的方法，用于S-1805正性光刻膠(570nm厚)及SU-83035(150μm、75μm、50μm厚)上微圖形的圖案化。UV能量計用以調整接收到最大光強時的曝光角度(檢測窗口與陽光照射方向垂直時，能量計顯示最大強度)，在此角度下，對基片上的光刻膠進行陽光下的垂直曝光。得到的微圖案經顯微成像及圖像處理，量化為圖案尺寸與曝光時間的關系，并從關系圖線中得到最佳曝光條件。

本發明提供的以太陽光為曝光光源制作的微流控芯片有玻璃電泳芯片、PDMS濃度梯度生成芯片及集成氣動微閥的細胞培養芯片。

本發明提供了以太陽光為曝光光源制作微流控芯片的方法的實際應用。在陽光紫外強度為1.2mW/cm²條件下，玻璃電泳芯片曝光時間為60秒(S-1805，570nm)，PDMS濃度梯度生成芯片SU-8模板曝光時間為120秒(SU-8?3035，60μm)，集成氣動微閥的細胞培養芯片的液路層、氣路層的曝光時間為60秒、40秒(S-1805，570nm)。

本發明的創造性在于：利用太陽光代替傳統光源，對微流控芯片實驗室中常用的光刻膠進行曝光，制作不同材料、不同結構及功能的多種芯片。

本發明的優點在于：1、無需昂貴的光刻設備2、可實現一次性批量光刻；3、操作簡單易控4、節約能源，環境友好。

附圖說明

圖1正膠S-1805經不同時長陽光曝光形成的微圖案照片，其中：最后一行為曝光所用的原始掩模。

圖2以太陽光為曝光光源的微流控芯片光刻法示意圖。