[發明專利]一種基于PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法

無效

• 申請號: 201210395922.8
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN102896008A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 劉曉為;韓小為;王蔚;田麗;張賀
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種微流控芯片的鍵合方法，具體涉及一種基于PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱有機玻璃）及其它有機聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法。

背景技術

微流控芯片是指通過微加工技術及其它加工方法將一個生物或化學實驗室微縮到一塊只有幾平方厘米大的薄片上。在一塊芯片上構建的化學或生物實驗室可以將化學和生物領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測，細胞培養、分選、裂解等基本操作單元進行集成。最終，上述的操作單元可以集成到一塊很小的芯片上，由微通道形成網絡，用可控流體貫穿整個系統，用以實現常規化學或生物實驗室的各種功能。

該技術具有高效、低耗優勢，在檢測中所需樣品量少，檢測時間短，芯片能夠對特定離子、化合物、DNA片段等做出高靈敏有效檢測，檢測成本低。該技術可以被廣泛地應用于環保、軍事、醫藥、生化等領域。近年來，隨著微加工技術、MEMS技術以及電子技術的日益成熟，微流控芯片開始向集成化、微型化方向發展。

目前聚合物材質的微流控芯片在國內外比較典型的鍵合方式主要是熱壓法、超聲波鍵合法等。熱壓法的高精度粉末壓片機成本較高，設備開機預熱和鍵合的時間都比較長，并且在鍵合過程中需要施加一定的壓力，容易造成微溝道橫截面形狀的改變。在進行熱壓鍵合之后，微流控芯片上的有機物會附著在壓片機加熱塊或者墊片上，不易清洗。超聲波鍵合法在使用的時候需要在芯片上制作導能筋，這增加了芯片制作工藝的工序和復雜度。當超聲波發生器本身的功率不足以融化導能筋的時候，還需要對芯片進行升溫預熱。同時，和熱壓法一樣，超聲鍵合法通常也需要在微流控芯片的上下表面施加一定的壓力。如果控制不當，同樣會增加溝道形變量。此外，其它的將上下兩個基片結合的封合方法也存在一些問題，如膠粘法，在粘合過程中容易堵塞微溝道，并且膠的固化時間也比較長。總之，上述聚合物微流控芯片的鍵合方法在實際應用過程中存在各種實際問題。這有悖于微流控芯片通過集成化、微型化實現普及的宗旨，從而限制其在各個領域的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法，它可以簡化芯片鍵合的工藝流程，縮短芯片鍵合時間，保證微流控芯片鍵合質量，從而有利于微流控芯片的普及。

本發明的目的是通過如下方案實現的：

把預制的兩塊吸波加熱基板分別與芯片的上下兩個表面貼合，然后放入密閉容器內，用電磁波在密閉容器內輻射加熱，微波功率可以在400-1000W內調節，鍵合界面最高瞬時（不超過3秒）溫度范圍控制在95-200℃，鍵合時間在30-200S。

本發明中，所述耐高溫材料可以是熔點高于300℃的金屬材料以及其它高溫耐火材料，比如耐火磚。

本發明中，所述低溫玻璃漿料的固化溫度在200-700℃之間。

本發明中，吸波放熱材料的質量占比為20-40%，其余為電子漿料。

本發明把預制的兩塊吸波加熱基板分別與芯片的上下兩個表面貼合，用電磁波在密閉容器內輻射加熱，此時熱量傳導到芯片兩個基片的交界處，使之處于短暫半熔融狀態完成鍵合。其中，預制的加熱基板混有電磁波吸收材料（摻入質量可以精確控制到0.1mg的級別），在受到大功率微波輻射后，會產生大量的熱。電磁發生裝置所發出的微波功率和發射時間可以分別精確控制到瓦和秒級。所以，鍵合界面處的半熔融狀態可以得到有效控制，從而減小微溝道的形變量。電磁波發射裝置、兩個微波吸收基板和聚合物微流控芯片均被置于一個可以防止電磁波泄漏并且有一定隔熱作用的封閉容器內。芯片的選材為有機玻璃以及其它有機聚合物，芯片的幾何形狀不受限制，鍵合后的微溝道形變量不足2%。

本發明采用微波加熱的方式，在鍵合的時候不需要施加外部壓力，相比國內外其它聚合物微流控芯片的鍵合方法，這種新型的方法需要的設備簡單，工藝成本低、步驟少，易于在聚合物材質微流控芯片的鍵合領域推廣應用，具有如下優點：

1、將吸波材料受到微波輻射產熱機理和聚合物微流控芯片的鍵合工藝進行有機結合；

2、制作PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合工藝參數容易控制，使得微流控芯片的鍵合工藝流程得到簡化，鍵合時間縮短；

3、鍵合過程中的溫度上升速率可以通過調整電磁波功率和電磁波輻射時間以及加熱基板中吸波材料的含量來進行調控；

4、鍵合后的微流控芯片的溝道形變量小；

5、鍵合方法簡單易行，鍵合裝置成本低，便于推廣普及；

6、PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片鍵合的成本低。

附圖說明

圖1為鍵合前的微流控芯片的橫截面示意圖。