[发明专利]低压键合制作微纳米流控系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳米流体系统的制作方法，属于微纳流体系统制作技术领域。

背景技术

近年来，纳米流体系统相关的基础和技术应用研究成为引人注目的前沿领域，它一般定义为流体流动的通道一维以上的截面处于数百到几纳米的尺寸范围。流体在其中传输具有特异的性质，能使得主导宏观和微米量级流体传输和分子行为的许多物理化学性质发生改变。基于此系统的研究不仅突破了传统理论的一些重要概念，而且一些深入研究的成果在DNA分子的拉伸操纵、药物释放技术、电池技术、激光器等许多领域中有重大应用。

目前纳米流体系统的制作材料主要是硅及其化合物，常用方法是利用电子束光刻或聚焦离子束刻蚀技术获得纳米沟槽结构，并利用键合或牺牲层技术实现纳米通道的顶部密封。尽管上述方法可以实现纳米通道尺寸的精确控制，但却限制了材料仅仅可以选择为玻璃、硅及其化合物等，同时电子束和聚焦离子束技术加工时间长，阳极键合技术需要高温高电压，牺牲层的去除可能需要数天的时间，这无疑增加了制作成本和周期，不利于向器件批量化方向发展。

由于大部分纳米通道都是一次性使用的，相比于硅的高制作成本，聚合物材料因其优良的化学机械性能、生物兼容性、微加工性能也越来越受到青睐。目前常用的高聚物材料包括碳酸聚酯PC、聚二甲基硅氧烷PDMS以及有机玻璃PMMA等。其中键合是微流控器件制作工艺中的关键技术之一。到目前为止，人们研究了许多键合的方法，例如热压法、粘合法、激光烧结法等。使用最多的是热压键合法，这种方法实施简单，但是通常需要过高的键合温度和较大的压力，这会使微流体管道发生严重变形或者破坏微结构图形，甚至发生管道堵塞的情况。而温度和压力太低时，又会使键合强度降低，导致无法键合。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种低压键合制作微纳米流控系统的方法，利用PET作为基底，制作双层SU-8结构，实现在低压条件下完成大面积、均匀性好的纳米通道的制作，实现制作材料的拓展和制作方法的更新，并且实现成本的降低和制作效率的提高。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明低压键合制作微纳米流控系统的方法的特点是首先以玻璃片为基底，制得具有光栅图形的KMPR母版，并制得到PDMS软印章；再利用PDMS软印章制得后续制作纳米通道的光栅纳米尺寸结构Si基底；另取PET片制得具有双层SU-8光刻胶的PET片材；再将光栅纳米尺寸结构Si基底和具有双层SU-8光刻胶的PET片材经低压键合制作微纳米流控系统。

本发明低压键合制作微纳米流控系统的方法的特点也在于是按如下步骤操作：

a、以玻璃片为基底，在经预处理的玻璃片的表面旋涂一层厚度为3微米的KMPR1005光刻胶，在100℃下烘烤5分钟，接着以掩模板曝光的方式在曝光机下曝光，曝光时间为4分30秒，然后再在100℃下烘烤5分钟，再在质量百分比浓度为0.5％的KOH溶液中显影，将掩模板上的光栅图形复刻到KMPR胶层上，制得具有光栅图形的KMPR母版；

b、将PDMS粘稠液倾覆摊平在KMPR母版上，使粘稠液完全覆盖KMPR母版，以90℃烘烤使PDMS固化，将固化的PDMS层从KMPR母版上剥离，得到PDMS软印章；

c、在Si片上旋涂厚度为2-3微米的SU-8 2002光刻胶，经烘烤形成Si基底；将步骤b制得的PDMS软印章压在所述Si基底上，以90℃预热10分钟后对PDMS软印章施加压印压力，使PDMS软印章压入软化的SU-8 2002光刻胶，保持90℃和压印压力20分钟后自然冷却，再透过PDMS软印章进行紫外曝光；对曝光后的SU-8 2002光刻胶以90℃烘烤固化10分钟，使PDMS软印章上的光栅纳米尺寸结构复制在SU-8 2002光刻胶上，在SU-8 2002光刻胶上形成光栅纳米尺寸结构；自然冷却后将PDMS软印章分离，得到后续制作纳米通道的光栅纳米尺寸结构Si基底；

d、取PET片，经酒精清洗及异丙醇淋洗后吹干，90℃烘烤10分钟，然后旋涂一层SU-82025光刻胶，以所述SU-8 2025光刻胶为支撑层，在90℃条件下烘20分钟后，对PET片上的支撑层SU-8 2025光刻胶进行紫外曝光；曝光后以90℃烘烤10分钟，使得曝光的SU-8 2025光刻胶固化，然后自然冷却；冷却后，将SU-8 2002旋涂于固化的支撑层SU-8 2025光刻胶上，作为纳米流体系统的键合层，所述SU-8 2002的旋涂厚度为400nm，在90℃条件下烘20分钟后，制得具有双层SU-8光刻胶的PET片材；