[發明專利]一種基于共形鍵合工藝的軟式曲面微流控器件制造方法

有效

• 申請號: 201910630230.9
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110407161B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 陳良洲;安宏彬;王祥陽;戴江
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;A61B3/10;A61B3/16;G02C7/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于微納制造領域，公開了一種基于共形鍵合工藝的軟式曲面微流控器件制造方法，包括以下步驟：(1)帶微通道圖案的環氧樹脂曲面微通道模板的制備；(2)準備光滑的曲面微通道模板；(3)基于兩個環氧樹脂曲面微通道模板澆鑄成型曲面帶微通道圖案硅橡膠薄膜；(4)在鋼質或鋁質凸模表面涂覆液態硅橡膠，加熱固化形成曲面光滑硅橡膠薄膜；(5)對兩個硅橡膠薄膜進行電暈處理，貼合加熱形成不可逆鍵合，得到具有目標微通道的微流控器件。本發明可以制備出軟式的曲面微流體器件，比如微流體隱形眼鏡，其中制備出的曲面的環氧樹脂微通道模板可多次重復利用，方法簡單、高效，可應用于順形穿戴式微流體器件的制備。

技術領域

本發明屬于微納制造領域，更具體地，涉及一種基于共形鍵合工藝的軟式曲面微流控器件制造方法，該方法可制備出曲面柔軟的微流控器件，有望用于生命醫學中的健康診斷領域，特別是以隱形眼鏡為主的眼科健康診斷領域。

背景技術

近年來穿戴式微流體技術正處于飛速研究發展階段，目前的穿戴式微流體器件都是平面工藝加工出來，具有一定的柔性，貼于手指、手腕、肩膀、腳底等部位實現相應區域力學(拉、壓、彎曲)、化學(汗液、血糖)的傳感以及給藥(胰島素)等等。然而目前關于眼部角膜、心臟、腎臟等特殊、脆弱、敏感的三維曲面區域，平面式微流體器件都無法應用，這些區域需要順應其輪廓才適于器官穿戴。為此要研究軟式曲面微流控器件制造方法。

發明內容

針對現有平面式微流體器件無法順應形狀應用于眼部角膜、心臟、腎臟等復雜曲面的問題，本發明的目的在于提供一種基于共形鍵合工藝的軟式曲面微流控器件制造方法，通過對制造方法整體流程工藝進行設計，采用硅烷偶聯輔助鍵合、熱塑成型、曲面倒模的工藝制備出曲面含微通道圖案的軟質硅橡膠薄膜，之后通過共形鍵合工藝與曲面鋼球表面薄膜進行曲面共形鍵合，之后剝離制備出所需軟式曲面微流控器件，微流控器件內的微通道可滿足預設要求。本發明可以制備出軟式的曲面微流體器件，比如微流體隱形眼鏡，其中制備出的曲面的環氧樹脂微通道模板可多次重復利用，方法簡單、高效，本發明為在生命體上應用的順形穿戴式微流體器件提供幫助。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于共形鍵合工藝的軟式曲面微流控器件制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)帶微通道圖案的環氧樹脂曲面微通道模板的制備：

(1-1)以軟質PDMS材料為對象，基于軟光刻工藝制備出圖案化的軟質PDMS薄膜，得到一個表面含有圖案、且另一個表面不含圖案的PDMS薄膜，該圖案對應于目標的微流控器件的微通道；

以硬質熱塑性塑料材料為對象，對硬質熱塑性塑料表面先進行電暈處理產生羥基，之后在APTES溶液水浴處理以硅烷化，使硅烷基接枝于硬質塑料表面；

將PDMS薄膜不含圖案的表面、硅烷化處理后的硬質塑料兩者進行電暈處理改性，然后將兩者貼合并加熱形成不可逆鍵合，形成平面狀的軟硬式結構微圖案組件；

(1-2)將所述步驟(1-1)形成的平面狀的軟硬式結構微圖案組件置于熱板中加熱軟化，隨后將軟化的組件置于陰模上，通過鏡面鋼質或鋁質凸模沖壓、真空壓力吸附或高壓處理，將平面狀的軟硬式結構微圖案組件熱塑成型成三維曲面狀的微圖案組件；

(1-3)將所述步驟(1-2)得到的三維曲面狀的微圖案組件貼于孔型夾具上，接著再將雙組分環氧樹脂AB膠以3:1的質量比混合，澆鑄于所述孔型夾具中，倒模出所述三維曲面狀的微圖案組件的圖形；待環氧樹脂固化后，脫模所述三維曲面狀的微圖案組件，即可制備得到具有三維曲面表面、且帶微通道圖案的環氧樹脂曲面微通道模板；

(2)準備光滑的曲面微通道模板，該光滑的曲面微通道模板具體為光滑的鋼質曲面微通道模板、或光滑的鋁質曲面微通道模板、或光滑的環氧樹脂曲面微通道模板；其中，所述光滑的環氧樹脂曲面微通道模板的制備包括以下子步驟：

(2-1)制作軟質PDMS薄膜，得到表面均不含圖案的PDMS薄膜；