[发明专利]一种新型微加热器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微加工技术领域，具体涉及一种可以实现微米尺度面积上温度均匀分布和局部有效控制，各单元可以独立工作，并且与微流动系统高度集成的微加热器及其制备方法。

背景技术

近二十年来，随着微流体技术的兴起和快速发展，越来越多的研究人员尝试采用微流体芯片技术进行生物、化学分析等方面的研究。通过采用微泵、微阀门等新型技术，实现了对流体流动过程的精确控制。基于微流体芯片上的生物学和化学方面的研究，除了需要准确地控制流体的成分比之外，很多课题研究还需要精确的温度控制，例如细胞学、基因工程中的聚酶链反应等。用于培养细胞的传统恒温箱显然不适合与微流体芯片结合，实现实时观测。比较简单、直接的方法是将微流体系统直接放置在设定为37℃的加热板上，进行哺乳类细胞学的研究。但是该方法并没有实现微流体系统和加热系统的有效结合以实现整个实验系统的集成化。虽然国外也有人提出将铟-锡氧化物加热片(Indium tin oxide (ITO)）置于微流体系统中以实现流动系统与温度控制系统的有机结合，但是却没能有效实现温度的局部控制。

与此同时，如何实现微小尺度下温度的准确测量成为很多应用研究方面的技术难题。文献中采用荧光染料-罗丹名 B (Rhodamine B) 对微流体器件的温度场进行测量，该物质的荧光强度具有随温度的升高而降低的特性。尽管该方法简单、易操作，但由于很多微流体器件采用聚二甲硅氧烷 (PDMS)材料制作，该材料的多孔性所产生的渗透压会造成罗丹名 B被不断地吸附到通道壁面，从而造成测量误差。而红外线探测器又受到操作环境和被测量器件表面条件的限制，使其很难在微流体芯片测试中得到广泛应用。

发明内容

 本发明针对现有技术不能实现微米尺度面积上温度均匀分布和局部有效控制，并同时与微流体系统高度集成的技术问题，利用现有的软光刻微加工技术，提出一种新型的微加热器及其制备方法。

 本发明的目的在于提供一种易于与微流体流动系统进行集成，并能实现温度的局部有效控制的微加热器，以便为生物及化学方面的研究提供局部温度的精确控制。

本发明提出的一种新型的微加热器，由承载玻璃片1、镀金导电涂层2、加热单元4、电极柱5和铝制热沉平台6组成，承载玻璃片1位于铝制热沉平台6上方，承载玻璃片1表面镀有一层铬层，所述铬涂层表面镀有一层金层，通过对金层进行化学蚀刻，在承载玻璃片1表面得到所需几何形状的镀金导电涂层2；通过对铬层进行化学蚀刻，在承载玻璃片1表面得到所需几何形状且均匀分布的加热单元4，相邻的加热单元4通过并联连接；承载玻璃片1未镀金与铬面与铝制热沉平台6通过高效导热剂7进行粘接；镀金导电涂层2上设置电极柱5。 

本发明中，所述加热器通过直流电源供电。

本发明提出的一种新型微加热器的制备方法，具体步骤如下：

(1)承载玻璃片1上表面镀50nm厚的铬涂层，之后在所得铬涂层表面上镀一层150nm厚的金涂层，得到镀金-铬的承载玻璃片1；

(2)采用高速旋转涂层机将正性光刻胶S1813在镀金-铬的承载玻璃片1上进行涂层，厚度为2                                                ；然后，经过一分钟的95度高温加热、紫外光曝光，将所需要的几何结构影印到镀金-铬的承载玻璃片1上，采用显影剂MF319进行显影；应用蚀刻溶液Gold Etchant TFA 对镀金导电涂层进行化学蚀刻，然后采用丙酮对蚀刻后的金-烙承载玻璃片1进行清洗，以除去剩余的正性光刻胶S1813，即获得所需几何结构的镀金导电涂层2；

(3)再次采用正性光刻胶 S1813重复第二步的工作，但与第二步不同的是，将加热单元4的几何结构影印到承载玻璃片1上，采用蚀刻溶液Chrome Etch 18 对铬层进行蚀刻，获得所需的若干个独立加热单元4；

(4)采用热致变色液晶材料对加热单元4的供热温度进行标定。

本发明中，所述一种新型微加热器，采用直流电源供电。由于金具有极高的导热能力，金部位产生的热量通过热沉散发到环境中去，而铬的导热能力相对于金很弱，因此，铬部位产生的热量除一部分通过热沉散发到环境中去，其余的热量则用于实验所需。为使每个单元的热量均匀分布，我们采用优化的几何结构设计。金对并联的多个加热单元起到导电、导热和连接作用。