[發(fā)明專利]一種PDMS微流體器件中通孔結(jié)構(gòu)的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210403359.4
• 申請(qǐng)日: 2012-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN102897710A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勇;朱效谷;周凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制造微觀結(jié)構(gòu)的方法，特別關(guān)于一種聚二甲基硅氧烷微流體器件中通孔結(jié)構(gòu)的制作方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，微流體器件的研究迅速發(fā)展，器件的設(shè)計(jì)和功能不斷推陳出新。其中，具有多層微通道結(jié)構(gòu)的器件相比于目前常規(guī)的單層結(jié)構(gòu)的器件來(lái)說(shuō)，能夠構(gòu)造出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)更多樣的功能，這將大大拓展器件的應(yīng)用范圍和提升其性能。制作微流體器件的材料主要有硅、玻璃、石英和高分子聚合物等，其中聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，簡(jiǎn)稱PDMS）以其易于微模鑄、價(jià)格便宜、耐用且化學(xué)惰性、生物相容性好、透明等優(yōu)點(diǎn)，在微流體器件的研究中得到廣泛應(yīng)用。多層的微流體器件需要連通不同層微通道的通孔結(jié)構(gòu)，然而由于PDMS難以進(jìn)行刻蝕加工，因而傳統(tǒng)的光刻工藝不適于用來(lái)制作PDMS的通孔結(jié)構(gòu)，需要尋找新的方法。

目前制作PDMS微通孔結(jié)構(gòu)的方法均是使用含有凸柱的模具或在基底上制作凸柱，再注入由PDMS單體與固化劑混合而成的PDMS預(yù)聚物，并在PDMS預(yù)聚物固化的同時(shí)于凸柱位置獲得通孔結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)PDMS預(yù)聚物注入的方式可分為以下三類：

第一類方式是，以澆注或旋涂的方式在制作有凸柱的基底或模具上鋪展一層厚度小于凸柱高度的PDMS層并固化，之后將PDMS層揭下或是將凸柱去除來(lái)獲得PDMS通孔結(jié)構(gòu)。這類方法的不足是，由于PDMS層厚度小于凸柱高度，PDMS會(huì)因浸潤(rùn)作用在凸柱側(cè)面形成彎月面，導(dǎo)致最終獲得的通孔層不平整；另一方面，澆注或旋涂過(guò)程中PDMS容易漫到凸柱上表面，這會(huì)導(dǎo)致最終形成一層連續(xù)薄膜而使得所需通孔不能有效穿通，需要特殊的方法去除，如固化之前吹氣或固化后刻蝕。

第二類方式是微轉(zhuǎn)移模鑄，即在預(yù)先制作好的含有凸柱的模具上整體澆注滿PDMS預(yù)聚物，再用另一平片緊壓在模具上，排擠掉過(guò)多的PDMS預(yù)聚物，固化后揭開即獲得位于凸柱位置處的通孔。這種方法可以獲得平整的PDMS層，但在保證孔的穿通方面仍有不足，首先需要額外壓緊裝置，其次多余的PDMS預(yù)聚物很難被完全排擠出，另外，為使平片與凸柱盡可能充分貼合，模具和平片之一通常選擇用PDMS制作，因此需要特殊的表面處理方能實(shí)現(xiàn)與PDMS通孔層的分離。

第三類方式是毛細(xì)微模鑄，即先將平片與含有凸柱的模具蓋在一起，再將PDMS預(yù)聚物在毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)下從模具一側(cè)注入模具結(jié)構(gòu)中，固化后揭開即獲得位于凸柱位置處的通孔。這種方法可以保證孔的穿通，但與第二類微轉(zhuǎn)移模鑄方法一樣，為使平片與凸柱盡可能充分貼合，模具和平片之一需選擇用PDMS制作，因此也需要特殊的表面處理方能實(shí)現(xiàn)與PDMS通孔層的分離。

總的來(lái)看，現(xiàn)有技術(shù)中為了有效地形成通孔，或是需要額外的裝置，或是需要額外的特殊工藝，增加了制作過(guò)程的復(fù)雜度和制作成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)便且能有效保證孔的完全穿通的PDMS微流體器件中通孔結(jié)構(gòu)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PDMS微流體器件中通孔結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于：在預(yù)備好的含有凸柱的模具的邊緣注入PDMS預(yù)聚物；凸柱的形狀和尺寸與所需制備的通孔層中通孔的形狀和尺寸一致，其中，凸柱的高度與需要獲得的通孔層的厚度一致；利用毛細(xì)力的作用使PDMS預(yù)聚物緩慢平穩(wěn)地浸潤(rùn)入各凸柱之間的間隙，直至鋪展?jié)M整個(gè)模具，固化后形成PDMS通孔層。

1）制作含有若干凸柱結(jié)構(gòu)的模具，凸柱的形狀和尺寸與所需制備的通孔層中通孔的形狀和尺寸一致，其中，凸柱的高度與需要獲得的通孔層的厚度一致；2）從模具的邊緣緩慢平穩(wěn)地注入PDMS預(yù)聚物，PDMS預(yù)聚物在毛細(xì)力作用下沿著各凸柱之間的間隙延伸；3）待PDMS預(yù)聚物填滿各凸柱之間的間隙后，適量補(bǔ)充PDMS預(yù)聚物使PDMS預(yù)聚物液面與模具齊平；4）將鋪展?jié)M模具的PDMS預(yù)聚物進(jìn)行固化，形成PDMS通孔層；5）從模具上揭下PDMS通孔層直接使用，或者先將PDMS通孔層與其它層鍵合后，再一起從模具上揭下。

所述模具水平放置。

所述模具中凸柱的尺寸，包括凸柱的寬度或直徑、高度以及各凸柱之間的間隙，在10μm至1000μm范圍內(nèi)。

所述凸柱的尺寸，在50μm至200μm范圍內(nèi)。

所述注入PDMS預(yù)聚物的步驟中，從模具邊緣的一處注入PDMS預(yù)聚物；或者從所述模具邊緣的多處同時(shí)注入PDMS預(yù)聚物。