[發(fā)明專利]一種聚二甲基硅氧烷微納流控芯片的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110054725.5
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102145875A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐碧漪;徐靜娟;陳洪淵
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;G03F7/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納流控芯片制造技術(shù)，特別是通過微加工技術(shù)獲得亞微米精度的結(jié)構(gòu)并用以倒模制備力學(xué)穩(wěn)定的柔性材料微納流控芯片的技術(shù)。

背景技術(shù)

納流控的研究興起于本世紀(jì)初，由于納米管道中流體的輸運特性取決于納米結(jié)構(gòu)及其表面性質(zhì)，納流控在新型非半導(dǎo)體微電子，生物傳感，分子操控，濃縮分離，淡水處理等方面都有巨大的潛在價值。而微流控的研究起源于上世紀(jì)九十年代，至今已飛速發(fā)展二十余年，吸引了生物、化學(xué)、物理、機械等多方面的研究力量，已經(jīng)發(fā)展成為一個集成高效的技術(shù)體系。將微納結(jié)構(gòu)結(jié)合起來各取所長所能衍生出的功能芯片因此具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

但是實現(xiàn)他們的前提是獲得微納結(jié)構(gòu)芯片的制備技術(shù)。在以往所有的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)中通常采用納米光刻技術(shù)，這種技術(shù)成本昂貴，對環(huán)境和操作都有苛刻的要求，而且制備芯片周期長，制備材料局限在硅片和石英玻璃上。因此很多研究者試圖繞開這個技術(shù)而獲得納米結(jié)構(gòu)的加工能力。一些基于納米線模板或者表面裂紋的技術(shù)相繼被開發(fā)出來，但是這些技術(shù)基本上都難以具備光刻技術(shù)所具有的在圖案設(shè)計上的靈活性，只能滿足較為單一的納米結(jié)構(gòu)的制備。而即使是納米光刻技術(shù)本身，在同時加工跨尺度的微、納兩種結(jié)構(gòu)時也出現(xiàn)了一些局限性。?而且相對于具有經(jīng)濟價值并可以產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，很多微納加工替代技術(shù)缺乏步驟的簡潔性、可重復(fù)性和可批量生產(chǎn)的性質(zhì)，因此不能滿足微納流控技術(shù)發(fā)展的要求。在微芯片加工中占據(jù)主導(dǎo)地位的PDMS倒模技術(shù)較難運用到微納復(fù)合芯片的制備中，主要是受限于PDMS本身是彈性體，力學(xué)性質(zhì)在納米尺度不夠穩(wěn)定的缺點，要么需要運用額外的納米加工技術(shù)來制備模具，要么在制作過程中要采用額外的硬質(zhì)塑料支撐體。

因此如果想獲得如加工微流控芯片一樣的簡潔性和可靠性，采用倒模的PDMS是一個好選擇，這就需要一種新型快速制備模具的方法，并且模具上的納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成PDMS芯片后能夠提供足夠的機械穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種適用于工業(yè)化的廉價、易行的微納芯片制備方法，特別適用于制備力學(xué)穩(wěn)定的彈性體微納芯片。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種聚二甲基硅氧烷微納流控芯片的制備方法，它包括下列步驟：

步驟1.?將設(shè)計的芯片結(jié)構(gòu)圖案通過電腦輸出打印復(fù)制到PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）塑料片上即得到掩膜，并將掩膜和依次涂有鉻層和光刻膠的玻璃緊密貼合；

步驟2.?用紫外光照射掩膜曝光一定時間（0.5~5分鐘），取出，用定影水定影，并用去鉻液去除多余的鉻，，完成從設(shè)計圖案到鉻層圖案的轉(zhuǎn)移；

步驟3.?把處理好的玻璃放入恒溫水浴中（溫度0~40℃），用刻蝕液刻蝕一定時間（1小時~10小時），這一時間必須長于傳統(tǒng)的玻璃刻蝕時間，以達到過度刻蝕的目的；

步驟4.?將刻蝕好的玻璃取出烘干；

步驟5.?將PDMS前聚體和固化劑按照一定的質(zhì)量比例（3:1?~20:1）混合均勻，并均勻分布在步驟4中獲得的玻璃模具中，在40℃~120℃?固化一定時間（10分鐘~1小時），從模具上剝離；

步驟6.?用氧等離子體處理有圖案的PDMS片和PDMS基片，并迅速將兩者貼合，形成不可逆貼合。

本發(fā)明的結(jié)果和意義

本發(fā)明利用玻璃過度刻蝕的過程，實現(xiàn)了將玻璃表面微米的設(shè)計圖案轉(zhuǎn)化成納米的結(jié)構(gòu)（制備流程見圖1）。通過這種方法我們獲得的一系列至少一維尺度亞微米的納米結(jié)構(gòu)（圖2），其長度可以達到數(shù)十厘米，結(jié)構(gòu)間最小間距可以達到數(shù)十微米（理想狀態(tài)下大于30um）。調(diào)諧實驗初始設(shè)計圖案的形狀我們可以在玻璃表面刻蝕獲得納米線或者納米錐（圖2）。在同樣的實驗條件下，僅通過控制線條的粗細，我們獲得的結(jié)構(gòu)尺寸從數(shù)十微米到數(shù)百納米連續(xù)可調(diào)控（圖3），因此很容易實現(xiàn)了微納結(jié)構(gòu)在同一個玻璃基片上的制備，也使制備方法具有很好的靈活性。

用這種玻璃基片作為模板澆注的PDMS芯片具有良好的機械穩(wěn)定性，克服了傳統(tǒng)制約PDMS芯片制備的力學(xué)瓶頸。這得益于刻蝕過程中玻璃本身對刻蝕液顯示各向同性，而頂部的鉻層對刻蝕液刻蝕玻璃具有遮蔽效果，這就形成了刻蝕的選擇性，導(dǎo)致了最后獲得的結(jié)構(gòu)具有三角形力學(xué)穩(wěn)定的截面結(jié)構(gòu)（圖4）。這種結(jié)構(gòu)被保留復(fù)制到PDMS中，成為穩(wěn)定納米結(jié)構(gòu)的保證。進一步的重復(fù)性實驗顯示，這種技術(shù)獲得的納米結(jié)構(gòu)具有良好的可重復(fù)性，誤差可以控制在10%以內(nèi)（圖5）。