[发明专利]一种以太阳光为曝光光源制作微流控芯片的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片制作过程中的曝光技术及其应用，特别提供了一种以太阳光代替传统曝光设备作为UV光源的光刻方法及其制作的多种实际应用芯片。

背景技术

作为一项新兴技术，微流控芯片(Microfluidics，Lab-on-a-chip)现已广泛应用于多种领域。其具有低样品消耗、微型化及可实现高通量分析等显著优势。

光刻是微流控芯片制作中最为常用的基本技术。它是利用光成像和光敏胶在基片上图案化的过程：将掩模置于光源与光刻胶之间，用紫外光等透过掩模对光刻胶进行选择性照射，受光照部分的光刻胶发生化学变化而变性。经后续处理对此部分光刻胶进行去除或保留，从而完成芯片模板的制作。微流控芯片实验室最为常用的光刻胶，其感光波长范围为：300-500nm，最常用的光源是汞灯激发的紫外光。本发明涉及微流控芯片制作中的光刻技术。

传统曝光过程通常需要较为昂贵的光刻设备，而今，在利用替代光源进行曝光的工作中，存在的主要问题有：曝光区域受限(K.Itoga，J.Kobayashi，Y.Tsuda，M.Yarnato and T.Okano，Analytical Chemistry，2008，80，1323-1327)、微图案尺寸精度不高(A.W.Martinez，S.T.Phillips，B.J.Wiley，M.Gupta and G M.Whitesides，Lab Chip，2008，8，2146-2150)及替代光源对光刻胶不具有普适性(J.S.Miller，M.I.Bethencourt，M.Hahn，T.R.Lee and J.L.West，Biotechnology and Bioengineering，2006，93，1060-1068)等，因而制约了它们在微流控芯片制作中的应用。太阳光是自然界中最易得到的光源，其中5％能量为UV射线(290-400nm)，这一波段的光适于多种光刻胶的光敏反应。本发明涉及以太阳光为替代光源用于芯片的光刻过程，成本低廉、制作方法简单、有足够大的曝光面积适宜于批量生产。

玻璃电泳芯片、PDMS浓度梯度生成芯片及集成气动微阀的细胞培养芯片的功能显示可直观地反映芯片的制作质量，从而表征芯片的制备工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种以太阳光为曝光光源制作微流控芯片的方法及其应用。

本发明提供了以太阳光为曝光光源制作微流控芯片的方法，将待曝光的光刻胶平板放在与太阳光相垂直的方向曝光，根据UV能量计检测到的阳光中UV强度、光刻胶的种类及所需芯片阳模的三维尺寸，优化及校正曝光条件，得到光刻胶上各种微图案的曝光结果，在此条件下得到的模板用以制作不同材料、结构及功能的微流控芯片装置。

本发明提供的以太阳光为曝光光源制作微流控芯片的方法，所述微图案的曝光条件的优化，要根据阳光中UV强度、光刻胶的种类及所需芯片阳模的三维尺寸进行优化。

本发明提供的以太阳光为曝光光源制作微流控芯片的方法，用于S-1805正性光刻胶(570nm厚)及SU-83035(150μm、75μm、50μm厚)上微图形的图案化。UV能量计用以调整接收到最大光强时的曝光角度(检测窗口与阳光照射方向垂直时，能量计显示最大强度)，在此角度下，对基片上的光刻胶进行阳光下的垂直曝光。得到的微图案经显微成像及图像处理，量化为图案尺寸与曝光时间的关系，并从关系图线中得到最佳曝光条件。

本发明提供的以太阳光为曝光光源制作的微流控芯片有玻璃电泳芯片、PDMS浓度梯度生成芯片及集成气动微阀的细胞培养芯片。

本发明提供了以太阳光为曝光光源制作微流控芯片的方法的实际应用。在阳光紫外强度为1.2mW/cm²条件下，玻璃电泳芯片曝光时间为60秒(S-1805，570nm)，PDMS浓度梯度生成芯片SU-8模板曝光时间为120秒(SU-8 3035，60μm)，集成气动微阀的细胞培养芯片的液路层、气路层的曝光时间为60秒、40秒(S-1805，570nm)。

本发明的创造性在于：利用太阳光代替传统光源，对微流控芯片实验室中常用的光刻胶进行曝光，制作不同材料、不同结构及功能的多种芯片。

本发明的优点在于：1、无需昂贵的光刻设备2、可实现一次性批量光刻；3、操作简单易控4、节约能源，环境友好。

附图说明

图1正胶S-1805经不同时长阳光曝光形成的微图案照片，其中：最后一行为曝光所用的原始掩模。

图2以太阳光为曝光光源的微流控芯片光刻法示意图。