[发明专利]一种PDMS微流控芯片制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片的制备方法，具体为一种PDMS微流控芯片的制备方法。

背景技术

微流控芯片是指在一块几平方厘米的芯片上构建的化学或生物实验室。它把化学或生物学中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。

常用于制作微流控芯片的材料有单晶硅片、玻璃、石英和各种有机聚合物，硅具有良好的化学惰性和热稳定性，但硅材料的不足之处是易碎、价格偏高、不透光、电绝缘性较差，表面化学性质也较为复杂，因此在微流控芯片的应用中受到限制，玻璃和石英具有很好的电渗性质和光学性质，可采用标准的蚀刻工艺加工，但加工成本较高，封接难度较大。用于制备微流控芯片的有机聚合物中，聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）因其具有良好的生物相容性、优良的光学性质，以及易于加工和封装，已广泛用于制作微流控芯片。

微流控芯片的制备方法有很多，材料为硅片、玻璃及石英的微流控芯片的制备过程一般经过薄膜沉积、光刻掩模制作、光刻、腐蚀、去胶等步骤，工艺复杂，成本较高。有机聚合物微流控芯片的制备方法主要有模塑法、热压法、注塑法、激光烧蚀法、LIGA法和软光刻法等，其中，模塑法和软光刻法因其具有简单、经济、灵活已成为有机聚合物微流控芯片的主要制备方法。采用软光刻法制备微流控芯片第一步为制备弹性模印章所需阳模，传统弹性模印章阳模一般采用传统的微细加工技术及光刻工艺制得，制备过程复杂，设备成本较高。近年发展起来的一些阳模制备方法包括丝网印刷技术、激光局部快速成型、掩模刻蚀黄铜模板、以热压PMMA模板制作冰晶阳模、于石蜡图案上点滴液模法等，但是这些方法仍有许多局限性，仍然存在着制备过程繁琐、设备成本高等问题。例如黄铜印刷掩模刻蚀法中，铜或黄铜的蚀刻需要掩模，并需有毒的蚀刻液，且需要附加的蚀刻和漂洗步骤。以热压PMMA模板制作冰晶阳模法中冰图案需要另外PMMA模，且需要蒸发和冻结措施，液模法中难以制备高深宽比的微流道。

发明内容

鉴于以上描述的现有微流控芯片制备方法具有制备过程复杂，设备要求高、成本大等缺点，本发明的目的是提供一种简易、具有高深宽比的PDMS微流控芯片制备方法。

本发明的原理是：采用一种液滴微喷射技术来制备PDMS微流控芯片所需阳模，采用液滴微喷射法将石蜡熔融后微喷射到经过洁净处理的玻璃基底上，形成具有一定图形结构的PDMS微流控芯片所需石蜡阳模，然后将PDMS液体沉积到微流控芯片石蜡阳模上，固化处理后，将固化的PDMS弹性体与玻璃片分离，得到PDMS微流控芯片负模，经过打孔、清洗工艺后将PDMS微流控芯片负模与洁净的玻璃基底进行键合，即制得PDMS微流控芯片。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种PDMS微流控芯片制备方法，包括以下步骤：

第一步、PDMS微流控芯片石蜡阳模的制备

1.1制备内构双锥形玻璃微喷嘴；

1.2对玻璃基底进行洁净处理；

1.3驱动内构双锥形玻璃微喷嘴，将熔融石蜡微喷射到洁净的玻璃基底上，从而制得PDMS微流控芯片石蜡阳模；

第二步、PDMS微流控芯片的制备

2.1向制得的PDMS微流控芯片石蜡阳模上均匀、缓慢沉积PDMS液体，固化处理后形成负模，将PDMS微流控芯片负模揭下，并采用空心管切割法对PDMS微流控芯片负模进行打孔，从而得到PDMS微流控芯片的进出液口；

2.2将打孔后的PDMS微流控芯片负模与洁净的玻璃基底进行键合，即制得PDMS微流控芯片。

1.1步中所述的内构双锥形玻璃微喷嘴针柄外径为8mm，内径为6mm，微喷嘴内径变化范围为120μm-250μm。

1.2步中所述的玻璃基底分别采用浓硫酸、丙酮和去离子水进行洁净处理。

1.3步中所述的微喷射通过协同控制液滴微喷射控制参数与三维工作台运动参数实现，其中，所述的液滴微喷射控制参数包括压电致动器的驱动电压波形、驱动电压幅值和驱动频率，压电致动器的驱动电压波形为陡升缓降波形，驱动频率设定为6Hz，驱动电压幅值范围为40～80V；三维工作台运动参数包括液滴的重叠度、工作台运动图案和三维工作台Z轴沉积次数，液滴的重叠度范围为50%～80%；三维工作台Z轴沉积次数范围为1～4。

2.1步中所述的PDMS液体由PDMS弹性体与固化剂按10：1质量比混合均匀得到。