[發明專利]一種基于AFM的微納流控芯片制備方法

有效

• 申請號: 201811002922.0
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109179313B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 耿延泉;王繼強;閆永達
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種基于AFM的微納流控芯片制備方法，所述方法步驟如下：一、基于原子力顯微鏡的納溝槽加工：應用AFM探針在金屬樣品表面進行納米溝槽的加工；二、光刻法微溝槽加工：采用光刻法在單晶硅基底上進行微溝槽的加工；三、PDMS微納溝槽轉印：通過PMDS兩次轉印得到分別帶有微、納溝槽的PDMS單片；四、PDMS片鍵合：采用氧等離子體清洗機對具有微、納溝槽的PDMS單片進行鍵合，得到所需結構的微納流控芯片。本發明主要基于AFM的刻劃加工，由于AFM刻劃加工操作簡便且效率高，所以采用本方法制備微納流控芯片更高效。本發明的方法制備流程相對簡單，使用材料為PDMS、單晶銅片等，成本相對較低。

技術領域

本發明屬于微納制造、微納流體研究技術領域，涉及一種微納流控芯片的制備方法。

背景技術

目前微納流控芯片制備技術主要基于電子束光刻（EBL）、聚焦離子束技術（FIB）以及納米壓印刻蝕技術（NIL）等，但是以上方法設備費用昂貴且實驗流程極為復雜。此外也有利用在聚苯乙烯板上制造人工缺陷，然后利用化學試劑誘導法或犧牲層方式加工納流控芯片的方法。化學試劑誘導法制備過程可以分為兩步，第一步為在聚苯乙烯的表面加工出納米尺度的裂紋，第二步為通過PDMS轉印的方式得到微納流控芯片。納米尺度裂紋的加工首先使用微硬度檢測儀在聚苯乙烯表面壓出三棱錐形狀的人造缺陷，然后將帶有缺陷的聚苯乙烯板放置在加熱的乙醇等化學試劑的容器上方，聚苯乙烯板吸收揮發的化學試劑后會產生膨脹，待其干燥后會沿著人造缺陷產生納米尺度的裂紋。該方法雖然操作簡單、成本低廉，但是得到的溝槽長度往往難以控制。犧牲層方式制備納流控芯片首先在玻璃基底上沉積一層50nm厚度的鋁犧牲層，并且鋁層的結構形狀由激光刻蝕和化學濕法刻蝕方式完成。然后在整個基底表面應用PEVCD的方法沉積一層2μm厚度的二氧化硅層，并通過化學刻蝕的方法將鋁犧牲層進行處理。在處理后的表面沉積TiW并通過lift-off工藝進行電極的制作，最后將帶有微通道的PDMS片與該二氧化硅層進行鍵和得到微納流控芯片。該方法需要多次使用沉積技術和化學刻蝕，流程相對較多且時間成本較高。

原子力顯微鏡（AFM）被發明之初主要用來進行材料的表面檢測，后來科技工作者將原子力顯微鏡用作于加工設備，使用其針尖對材料進行刻劃加工。如今原子力顯微鏡已經成為納米溝槽加工的重要設備，而且高質量的納米溝槽是制備微納流控芯片的基礎。微納流控芯片通道尺寸較小，由于其尺度效應會產生很多優于宏觀器件的物理特性。所以其在生物技術、化學分析以及微納流體分析等領域具有廣泛的應用前景。

發明內容

鑒于AFM刻劃加工過程是可控的，本發明提供了一種基于AFM的微納流控芯片制備方法，通過改變針尖對樣品施加的力以及刻劃加工的長度得到不同尺度的納溝槽，實現尺度可控的微納流控芯片的制備。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于AFM的微納流控芯片制備方法，包括如下步驟：

一、基于原子力顯微鏡的納溝槽加工

根據微納流控芯片的結構，應用AFM探針在表面粗糙度小于5nm的金屬樣品表面進行納米溝槽的加工；

二、光刻法微溝槽加工

根據微納流控芯片的結構，采用光刻法在單晶硅基底上進行微溝槽的加工；

三、PDMS微納溝槽轉印

以PDMS和固化劑為轉印材料，通過PMDS兩次轉印得到分別帶有微、納溝槽的PDMS單片，其中：第一次轉印將光刻后和AFM加工后的微、納溝槽轉印為PDMS的凸結構，第二次轉印將PDMS的凸結構轉印成凹結構的微、納溝槽；

四、PDMS片鍵合

采用氧等離子體清洗機對具有微、納溝槽的PDMS單片進行鍵合，得到所需結構的微納流控芯片。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：