[發(fā)明專利]一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片結(jié)構(gòu)及制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110630566.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113368914A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳小軍;胡翠雯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 嶺南師范學(xué)院
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00;B29C64/10
• 代理公司: 北京睿智保誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發(fā)明公開(kāi)了一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片結(jié)構(gòu)及制造方法，屬于數(shù)字微流控技術(shù)和3D打印技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)數(shù)字微流控芯片制備中介電層、疏水層和3D微結(jié)構(gòu)層簡(jiǎn)化為一步式集成制造，有效的簡(jiǎn)化了數(shù)字微流控芯片的制備工藝，解決了步驟復(fù)雜、工藝繁瑣、三維結(jié)構(gòu)加工等難題，實(shí)現(xiàn)芯片的批量化、自動(dòng)化生產(chǎn)，有利于拓寬數(shù)字微流控芯片在工業(yè)和產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于數(shù)字微流控技術(shù)和3D打印技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

目前，數(shù)字微流控技術(shù)，是一種微液滴操作的流體控制技術(shù)。數(shù)字微流控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多液滴操作控制，因此在芯片實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)多液滴并行處理和分析測(cè)試，將生物、化學(xué)的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等分析過(guò)程集成到微米尺寸的檢測(cè)芯片上，例如數(shù)字微流控芯片，實(shí)現(xiàn)液滴產(chǎn)生和液滴控制，用極短的時(shí)間產(chǎn)生反應(yīng)液滴，避免反應(yīng)物之間互相污染，速度快，效率高。

傳統(tǒng)的用于制作半導(dǎo)體及集成電路芯片的光刻和刻蝕技術(shù)，是微流控芯片加工工藝中最基礎(chǔ)的。它是用光膠、掩膜和紫外光進(jìn)行微細(xì)加工，工藝成熟，已廣泛用于硅、玻璃和石英基片上制作微結(jié)構(gòu)層。光刻和刻蝕技術(shù)由薄膜沉積、光刻和刻蝕三個(gè)工序組成。復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)層可通過(guò)多次重復(fù)薄膜沉積-光刻-刻蝕這三個(gè)工序來(lái)完成。基于光刻技術(shù)制造數(shù)字微流控芯片主要包含以下基本工藝過(guò)程構(gòu)成：基片預(yù)處理、涂膠、前烘、曝光、顯影、后烘等一系列的操作。光刻技術(shù)制造微流控芯片步驟繁瑣、工藝復(fù)雜、需要操作熟練的人員，而且大批量制造芯片比較困難。如需制造3D微結(jié)構(gòu)層，則還需人工對(duì)準(zhǔn)和粘合，這大大增加了數(shù)字微流控芯片制造的難度，也降低了結(jié)構(gòu)制造的精度。以前文獻(xiàn)(Zhai,J.,Li,H.,Wong,A.HH.et al.A digital microfluidic system with 3D microstructures for single-cell culture.Microsyst Nanoeng 6,6(2020).)采用了基于SU8材料光刻工藝制造了數(shù)字微流控芯片。文獻(xiàn)中提到的陣列長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，并不是真正的3D微結(jié)構(gòu)層。因此，采用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D微結(jié)構(gòu)層的加工制造具有一定的挑戰(zhàn)性。

增材制造技術(shù)(3D打印技術(shù))在工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、藝術(shù)等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。較為成熟的商業(yè)化增材制造技術(shù)主要包括光固化成型(SLA)、分層實(shí)體成型(LOM)、熔絲沉積(FDM)及選擇性激光燒結(jié)(SLS)等工藝原理。鑒于制造精度—效率的調(diào)和問(wèn)題，增材制造技術(shù)在微納尺度結(jié)構(gòu)、器件的制造上更具應(yīng)用潛力。微納增材制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)人工設(shè)計(jì)具有微觀3D精細(xì)結(jié)構(gòu)制造的理想方法。以光固化為特征(激光直寫、雙光子激光、投影曝光等)的3D打印技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，可以輕易打印線寬～2μm的結(jié)構(gòu)。

因此，鑒于光刻技術(shù)制造數(shù)字微流控芯片介電層-疏水層-微結(jié)構(gòu)層復(fù)雜的制造步驟，如何提供一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片的制造方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種陣列微結(jié)構(gòu)層、數(shù)字微流控芯片及其制備方法。用以解決傳統(tǒng)芯片制造步驟繁瑣、失敗率高、成型速度慢、難以一次成型的問(wèn)題。

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片的制造方法，本發(fā)明采用3D打印技術(shù)集成化和一步式制造具有3D微結(jié)構(gòu)層的數(shù)字微流控芯片。通過(guò)本發(fā)明3D打印集成化和一步式制造方法，可以實(shí)現(xiàn)介電層-疏水層-3D微結(jié)構(gòu)層-電極層-基底的一步式制造，避免多步驟、多層對(duì)準(zhǔn)、鍵合等精度偏差等問(wèn)題，并可實(shí)現(xiàn)芯片的批量化、自動(dòng)化生產(chǎn)，有利于將拓寬數(shù)字微流控芯片在工業(yè)和產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一方面，一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字微流控芯片包括：上、下極板兩部分，所述上極板為疏水化的電極；所述下極板包括依次連接的基底板、介電層、疏水層以及3D微結(jié)構(gòu)層；所述基底板包括依次連接的基底層以及電極層。

另一方面，一種3D打印集成數(shù)字微流控芯片的制造方法，包括：