[发明专利]一种通过正负光刻胶复合显影制备微纳米流体系统的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种微纳米流体系统的制备方法，具体地说是一种通过正负光刻胶复合显影制备微纳米流体系统的方法。

二、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。这种方法制作出来的通道键合力不强，机械性能不好，而且对通道的长度不好控制。

三、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，提供一种方法简单、成本低、可控性强的通过正负光刻胶复合显影制备微纳米流体系统的方法。利用曝光后的正负光刻胶在显影液中显影性质不同，实现在简单条件下完成大面积、均匀性好的纳米通道的制作。在制作过程中由于没有使用高压等环境条件，而且是在常温下完成通道的制作，避免了管道发生严重变形，也避免了管道堵塞的情况。按照所需长度对基底进行裁剪，可以实现对通道长度的控制。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种通过正负光刻胶复合显影制备微纳米流体系统的方法的特点在于：首先以玻璃片为基底，制备具有光栅图形的正光刻胶层，接着在正光刻胶层的表面镀上一层SiO₂薄膜，随后在所述SiO₂薄膜的表面旋涂一层负光刻胶，完全曝光并显影后得到微纳米流体系统。

本发明通过正负光刻胶复合显影制备微纳米流体系统的方法的特点是按如下步骤操作：

a、将玻璃片预处理，在处理后的玻璃片表面旋涂一层厚度为1.3-1.8μm的AZ1350正光刻胶，于90℃烘烤20分钟，接着以掩模板曝光的方式在紫外曝光机下曝光2.5分钟，然后在质量百分浓度0.5％的NaOH溶液中显影，将模板上的光栅图形复刻到AZ1350胶层上，再在紫外曝光机下曝光3分钟，得到具有光栅图形的AZ1350正光刻胶层，此胶层作为显影的牺牲层；光栅图形的线宽是3μm，间宽比是1∶1；

所述预处理是将玻璃片依次用去离子水和丙酮清洗后于130℃烘烤20分钟除去水汽和残余丙酮，然后进行氧气等离子体处理；

b、将步骤a得到的AZ1350正光刻胶层置于磁控溅射镀膜机中镀上一层SiO₂薄膜，该膜层作为正负光刻胶的隔层，防止互溶，得到覆有SiO₂薄膜的AZ1350光栅胶层；

c、在覆有SiO₂薄膜的AZ1350光栅胶层上旋涂2-3μm的SU-8 2002负光刻胶，然后于90℃烘烤20分钟，自然冷却后在曝光机下曝光4分钟，再于90℃烘烤15分钟使SU-8 2002胶固化完全，自然冷却后得到复合正负光刻胶的双层胶层；

d、在所述双层胶层的表面用刀片垂直于光栅方向划出细缝为显影液进入显影创造入口，然后在质量百分浓度0.5％的NaOH溶液浸泡1-2小时，曝过光正光刻胶能溶解于显影液，而负胶不会，覆有SiO₂薄膜的AZ1350光栅胶层被显影去除掉，取出后用去离子水清洗2-3次再用异丙醇溶液淋洗，待异丙醇自然蒸发干净即得微纳米流体系统。