[發(fā)明專(zhuān)利]一種微流控芯片及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510890331.1
• 申請(qǐng)日: 2015-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105521840B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周武平;黎海文;蔣克明;張濤;劉聰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): B01L3/00
• 分類(lèi)號(hào): B01L3/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11369
• 代理人: 史霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控領(lǐng)域，特別涉及微流控芯片的結(jié)構(gòu)與制造方法。

背景技術(shù)

隨著微流控芯片技術(shù)在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等檢測(cè)領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能也愈加復(fù)雜，因而其制造難度也在逐漸增加。例如，某些芯片要求在內(nèi)部預(yù)封裝某些凍干或風(fēng)干的試劑；某些芯片要求在內(nèi)部嵌入各類(lèi)物質(zhì)如石蠟、柔性膜等；而某些芯片內(nèi)部具有光學(xué)檢測(cè)腔體，要求檢測(cè)腔體位置處達(dá)到光學(xué)鏡面級(jí)別，等等。這些都對(duì)目前現(xiàn)有的芯片鍵合技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，使得現(xiàn)有芯片鍵合工藝難以滿(mǎn)足要求，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

熱壓鍵合法是最常用的一種鍵合方式，其原理是在接近材料玻璃化溫度下，對(duì)兩結(jié)合面施加一定的正向壓力(通常為亞Mpa級(jí)別)，使得兩面通過(guò)分子力結(jié)合在一起的方法。它的優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，制作容易，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備。然而，在接近玻璃化的溫度情況下，大部分需要嵌入到芯片內(nèi)部試劑都將失效，同時(shí)，高溫使得芯片的內(nèi)部流道、腔體等形狀結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，使得本應(yīng)具有的光學(xué)平面發(fā)生變形。另外，熱壓鍵合法還具有鍵合強(qiáng)度不足(通常幾十psi)，容易開(kāi)裂，可靠性差等缺點(diǎn)，只能適用于一般要求不高的微流控芯片鍵合。

超聲鍵合法是另一種常用的鍵合方式，它在制作微流控芯片時(shí)，同時(shí)制作一些凸起的“筋”，有些人稱(chēng)之為微導(dǎo)能結(jié)構(gòu)。在鍵合時(shí)，將上下微流控芯片基板對(duì)齊壓合后，通過(guò)超聲產(chǎn)生的局部高溫熔融該微導(dǎo)能結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使上下微流控芯片基板在熔融位置“焊接”起來(lái)。超聲鍵合法的優(yōu)勢(shì)在于其鍵合強(qiáng)度高(亞MPa級(jí)別)，缺點(diǎn)是超聲的穿透力不足，當(dāng)鍵合厚度超過(guò)一定值時(shí)(例如，5mm)，超聲能量將因材料的阻擋而銳減，導(dǎo)致鍵合不上。同時(shí)，鍵合部位的高溫將產(chǎn)生熱變形，使得附近的微流道變形。

膠粘鍵合法是一種采用液體膠或固體膠對(duì)微流控芯片進(jìn)行鍵合的方式，其鍵合過(guò)程是在常溫下，在微流控芯片各基板層之間充滿(mǎn)膠后壓合并等待膠凝固。此鍵合方法可獲得較高的強(qiáng)度，但殘留的膠溶液堵塞溝道。同時(shí)，對(duì)于需要預(yù)先封裝凍干試劑的芯片來(lái)說(shuō)，膠水會(huì)與試劑直接接觸，導(dǎo)致試劑失效。

溶劑鍵合法與液體膠粘法相似，不過(guò)其使用的是一種具有揮發(fā)性的輔助溶劑。該鍵合方法具有膠粘鍵合法的高鍵合強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，由于鍵合溶劑的揮發(fā)性，鍵合完成之后流道不會(huì)堵塞。同樣，此鍵合工藝對(duì)于需要預(yù)先封裝凍干試劑的微流控芯片同樣不合適。同時(shí)，溶劑鍵合法會(huì)腐蝕微流控芯片流道和腔體，增大了表面粗糙度。

由此可見(jiàn)，上述四種鍵合方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都會(huì)對(duì)微流控芯片內(nèi)部流道、腔體和需要預(yù)先封裝的試劑產(chǎn)生一定的損害，甚至?xí)?dǎo)致芯片不可用，影響了微流控芯片。如果能夠發(fā)明一種結(jié)構(gòu)與制造方法，該方法能夠常溫下操作，在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鍵合的同時(shí)，同時(shí)鍵合溶液還不會(huì)與微流控流道、腔體和需要預(yù)先封裝的試劑接觸，進(jìn)而保證流道、腔體和預(yù)先封裝的試劑的完整性，對(duì)于微流控芯片的制作與發(fā)展，以及微流控芯片向醫(yī)學(xué)檢測(cè)臨床應(yīng)用將具有非常積極意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服前面所述的幾種鍵合工藝制備微流控芯片的不足，采用在微流控芯片兩鍵合表面制作出一種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)形成一系列閉合的回路；在鍵合時(shí)，只有在這種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)內(nèi)充滿(mǎn)鍵合溶液；這樣，在所有輔助鍵合微結(jié)構(gòu)處，相鄰兩塊微流控芯片基板都被牢固的鍵合在一起；而其他位置則不會(huì)與鍵合溶液接觸，進(jìn)而保持原始形貌；由于此鍵合方法可以采用粘接膠水和鍵合溶劑等作為鍵合溶液，因此可以實(shí)現(xiàn)高鍵合強(qiáng)度。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種微流控芯片的結(jié)構(gòu)，包括：

第一鍵合元件，該元件具有第一和第二表面，其中至少所述表面之一包含微結(jié)構(gòu)；

第二鍵合元件，該元件具有有第一和第二表面，其中所述第二鍵合元件與所述第一鍵合元件鍵合的表面包含與第一鍵合元件相互連通的微流體路徑；

鍵合溶液，用于將第一鍵合元件和第二鍵合元件鍵合；

以及輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)，其位于鍵合元件上非功能區(qū)域，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)用于注入和存儲(chǔ)鍵合溶液，使鍵合溶液形成閉合的回路；

其中，所述第一、第二鍵合元件，其材質(zhì)選自聚苯乙烯材料、聚碳酸脂材料或丙烯酸類(lèi)聚合物材料中的一種；

所述鍵合溶液選自丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈，以及環(huán)氧膠中的一種；

所述微結(jié)構(gòu)為微流體路徑、微通道、微儲(chǔ)槽、微閥、微過(guò)濾器中的一種。

優(yōu)選的是，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)包括：

鍵合溶液注入孔，其為通孔，用于注入鍵合溶液；

輔助鍵合流道，其與鍵合溶液注入孔連通，用于鍵合溶液的流通和存儲(chǔ)；