[发明专利]水溶性牺牲层微流控芯片制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种水溶性牺牲层微流控芯片制备方法。

背景技术

微流控芯片是把化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。微流控芯片是21世纪最为重要的前沿技术之一。

最早的微流控芯片器件由玻璃、石英或单晶硅制成，制备过程一般经过薄膜沉积、光刻掩膜制作、光刻、腐蚀、去胶等步骤，工艺复杂、成本较高；有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等高聚物材料可以利用热压法、模塑法、注塑法等制备芯片，工艺简单、成本低，适用于大规模生产，但是封接较困难，并且通道容易变形[Bilitewski，U.，Genrich，M.，Kadow，S.，Mersal，G.，Anal.Bioanal.Chem.2003，377，556-569.]；牺牲层刻蚀法是在微机电系统领域发展起来的一种微结构与微器件制造方法，具有易与薄膜电子元件集成、不需要高温热封接、避免通道变形、成本低、适于批量生产等优点，目前已被用于微通道与微流控芯片的制备。例如，Kelly等采用石蜡作为牺牲层，利用石蜡受热融化的相变特点，通过溶剂封接方式制备了PMMA微流控器件[Kelly，R.T.，Pan，T.，Woolley，A.T.，Anal.Chem.2005，77，3536-3541.]；Sharma等采用SiO₂作为牺牲层，借助于硅绝缘体技术，通过多步刻蚀，制备了集成有电动液体处理与样品检测的微流控器件[Sharma，S.，Buchholz，K.，Luber，S.M.，Rant，U.et al.，J.Microelectromech.Syst.2006，15，308-313.]；LEE和LIN等利用多晶硅作牺牲层、磷硅酸盐玻璃作通道壁制备了微流控通道[Lee，K.B.，Lin，L.，Sens.Actuators A 2004，111，44-50.]；Craighead等采用多晶硅作为牺牲层，在硅衬底上，依次制备二氧化硅、氮化硅、多晶硅、掩膜层、铝、有机玻璃多层薄膜结构，通过多步成型与刻蚀，制备了集成式纳流筛分结构[Turner，S.W.，Perez，A.M.，Lopez，A.，Craighead，H.G.，J.Vac.Sci.Technol.B 1998，16，3835-3840.]；Peeni等采用SU-8、铝、光刻胶不同牺牲层材料，以氧化硅或氮化硅或非晶硅为通道壁材料，结合薄膜制备技术制备了不同结构的微流控器件[Peeni，B.A.，Conkey，D.B.，Barber，J.P.，Kelly，R.T.etal.，Lab Chip 2005，5，501-505.]。

以上工作采用牺牲层方法成功制备了不同结构、不同功能的微流控器件，但总体而言，尚存在以下问题：

1、多晶硅是目前应用最多的牺牲层材料，溶解牺牲层的刻蚀剂为KOH或HF或四甲基氢氧化铵溶液，具有很强腐蚀性与危险性；光刻胶是一种有强烈刺激性气味、有毒性的化合物，对操作人员有一定的危害作用，并且以光刻胶作为牺牲层制备微流控器件需要特殊的制备条件与设备；而去除铝牺牲层则需要HCl与HNO₃混合强酸溶液，需加热且刻蚀时间长；

2、目前使用的强酸、强碱牺牲层刻蚀剂腐蚀性极强，在溶解牺牲层物质的同时，对微通道壁材料也具有一定的腐蚀作用，因此造成微通道的质量下降、分辨率降低；

3、目前牺牲层法制备微流控器件过程中大多需要与等离子体增强化学气相沉积、低压化学气相沉积等昂贵、复杂薄膜制备技术相结合，且涉及多步制膜过程与多步化学刻蚀过程，一定程度上增加了工艺难度与成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简便易行、低成本、环保的水溶性牺牲层微流控芯片制备方法，牺牲层物质可以选择葡聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的任一种水溶性聚合物。

本发明的技术方案是：