[發(fā)明專利]一種噴墨打印數(shù)字微流控芯片的制造方法

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• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113304791A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周穎梅
• 申請（專利權(quán)）人: 上海出版印刷高等專科學(xué)校
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B41J2/01;B41J2/07
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發(fā)明提供了一種噴墨打印數(shù)字微流控芯片的制造方法，包括以下步驟：步驟1，設(shè)計待打印的電極電路圖形，并準(zhǔn)備作為介電層的薄膜；步驟2，根據(jù)電極電路圖形，使用噴墨打印機(jī)在介電層的一面上噴墨打印納米級導(dǎo)電墨來進(jìn)行單層電路打印或復(fù)雜電路打印；步驟3，在介電層的另一面上涂布疏水層。本發(fā)明的噴墨打印數(shù)字微流控芯片的制造方法利用噴墨打印機(jī)噴墨進(jìn)行高精度分辨率的墨層控制，解決了電極間隙產(chǎn)生臺階，液體受阻的問題，以及電極與引線的分離問題，有效避免復(fù)雜電路設(shè)計中短路的影響，并且噴墨打印工藝相對簡單，成本低，精度高，適合于研究領(lǐng)域的數(shù)字微流控芯片重復(fù)測試需求，能夠大大提高數(shù)字微流控芯片的工作精度和效率，具有實用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字微流控技術(shù)與印刷技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種噴墨打印數(shù)字微流控芯片的制造方法。

背景技術(shù)

微全分析系統(tǒng)，又稱為芯片實驗室，主要是將常規(guī)實驗所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等操作集成于一個微米級的芯片上，是一個由微電子于流體物理、分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科相互交叉而萌生的新興研究領(lǐng)域。微流控，是微全分析系統(tǒng)中一個重要的支撐技術(shù)。是以微全分析系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)為基礎(chǔ)制備微流控芯片，實現(xiàn)分析系統(tǒng)的小型化、集成化、低成本和高效率。

微流控芯片是微流控領(lǐng)域中一個新興的概念。廣義指一系列新型的基于離散液滴操縱技術(shù)的統(tǒng)稱，可以分為介電泳法、介電濕潤法、磁力法、聲表面波法等，狹義特指介電濕潤的數(shù)字微流控技術(shù)。微流控芯片集成的單元部件越來越多，且集成的規(guī)模也歸來越大，使微流控芯片有著強(qiáng)大的集成性。同時可以大量平行處理樣品，具有高通量的特點，分析速度快、耗低，物耗少，污染小，分析樣品所需要的試劑量僅幾微升至幾十個微升，被分析的物質(zhì)的體積甚至在納升級或皮升級。因此，微流控分析系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)研究、藥物合成篩選、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、衛(wèi)生檢疫、司法鑒定、生物試劑的檢測等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用提供了極為廣闊的前景。

傳統(tǒng)的微流控芯片，利用MEMS微加工技術(shù)在芯片上集成微閥、微泵、微小電極和微小傳感器等器件，同時在芯片表面刻蝕出微型溝道，通過流體在溝道中的流動完成分離、運輸、檢測等分析過程。微流控芯片又可分為連續(xù)微流控芯片和數(shù)字微流控芯片。其中連續(xù)微流控芯片的操控對象為連續(xù)流體，而數(shù)字微流控芯片的操控對象為單個獨立的微液滴。

數(shù)字微流控芯片(DMF)的操控對象是單個或者多個獨立的液滴，而液滴本身不需要隔斷，所以數(shù)字微流控芯片避開了微閥的設(shè)計，且液滴的移動由電極陣列所釋放的驅(qū)動電場完成，構(gòu)造簡易且易于實現(xiàn)集成化。相對于連續(xù)微流控芯片還具有如下優(yōu)點：消耗樣品劑量少，不易造成浪費，同時使樣品處理更便捷省時；其可對任何樣品進(jìn)行操控，應(yīng)用范圍廣泛。

最主流的數(shù)字微流控芯片的制作工藝是利用MEMS制造工藝制作。MEMS制作工藝一般使用單晶硅或者二氧化硅為基底材料。這種工藝可以實現(xiàn)疊層的電路、層厚極小的金屬層以及間隙極小的陣列等設(shè)計。這些設(shè)計特點能夠有效的提升數(shù)字微流控芯片的性能，具有良好效果，但是成本很高。PCB的制作工藝與MEMS制造工藝有一定相似性，都是采用光蝕刻，因PCB制作工藝是一種廣泛使用的商業(yè)制造工藝，所以其在制作成本上有一定的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但是制作的數(shù)字微流控芯片性能較差。

最近幾年出現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷批量制作數(shù)字微流控芯片的工藝，這種工藝一般使用紙質(zhì)、PET、PI等柔性基材，通過絲網(wǎng)印刷將銀、銅、碳電阻油墨等導(dǎo)電油墨打印在基材上并且固化而制成電路。該工藝適合于批量生產(chǎn)，生產(chǎn)出的數(shù)字微流控芯片有柔軟、一次性應(yīng)用特點。通過絲網(wǎng)打印實現(xiàn)的數(shù)字微流控芯片雖有一定優(yōu)勢，但該工藝需要繃網(wǎng)、制版、曬版、印刷、清洗網(wǎng)版、回收網(wǎng)版等工藝過程復(fù)雜，同時精度低，墨層厚，電極間距明顯，導(dǎo)致粗糙度不容忽視。

而相比上述工藝，噴墨打印具有簡單、快速、靈活、高分辨率、高效批量生產(chǎn)，噴墨打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟為微小墨滴以皮升為單位，實現(xiàn)節(jié)省材料，降低成本，精確控制電極以及電極引腳線穩(wěn)定性。