[发明专利]一种聚合物光漂白光波导与微流控免对版集成芯片及其制备方法

说明书

本发明属于聚合物光波导与微流控通道集成芯片制备技术领域，涉及微流控通道、掩膜版、光波导的制备和端面处理方法，具体包括采用纳米压印(热压印或紫外压印)的方法在聚合物基底上制备微流控凹槽，二氧化碳激光器切割贯穿注液孔，在芯片上蒸发铝掩膜，旋涂光刻胶，然后整体曝光、显影得到波导掩膜版图形，在与微流控层同种材料的另一衬底上利用光敏性聚合物制备光波导芯层薄膜，将两层芯片通过热压印封装，封装后采用上层微流控芯片作为光掩膜版，在光敏性聚合物芯层薄膜上光写入条形波导，该波导在微流控通道的正下方，避免了集成过程中上层芯片和传感窗口的对版误差，而后通过激光对样片端面切割，抛光后完成光波导微流控免对版集成芯片。

技术领域

本发明属于聚合物光波导与微流控通道三维混合集成传感芯片制备技术领域，具体涉及一种聚合物光漂白光波导与微流控免对版集成芯片及其制备方法。

背景技术

光波导液体传感芯片采用光波导作为光信号的载体，通过光波导的表面与待测液体接触，实现传感功能，具有灵敏度高、响应迅速、结构简单、抗电磁干扰等特点，在环境保护、食品安全、医疗卫生等领域具有广泛应用。按照液体的引入方法，通常采用储液槽和微流控通道两种方法，微流控通道引入液体具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快、集成度高、便携性好等优势。

光波导液体传感器的传感精度取决于光波导和待测液体的作用强弱。传感窗口的长度将影响器件的传感精度，传感窗口长度的增加将提升传感精度，但是传感窗口长度的增加也会增大光波导和微流控通道双层芯片对版误差对器件精度的影响，这种由双层芯片对版引起的误差无法避免，制约光波导微流控集成芯片的发展。

现有工艺问题总结如下：1.光波导和微流控三维集成器件需要首先制备光波导，旋涂上包层，然后采用对版、光刻、掩模、刻蚀等方法制备传感窗口，该工艺过程复杂，对版误差无法避免，且传感窗口刻蚀带来的散射会影响光波导的光学性能。2.光波导微流控三维集成结构中，下层波导通常采用表面裸露的倒脊型结构，该结构波导器件弯曲时损耗较大；若采用刻蚀法去除倒脊型结构的平板层，形成表层裸露的矩形结构，刻蚀带来的损耗影响光波导的光学性能。3.光波导和微流控芯片封装的过程复杂，通常采用紫外胶水或等离子体处理键和，紫外液体胶水容易阻塞通道和传感窗口，而等离子体处理会增加传感区光波导的散射损耗，且增加工艺成本。4样品粘合后，多层样品尺寸厚度大于划片机划片切割范围，端面处理困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服背景技术的不足：1.上层微流控芯片和下层光波导芯片不需要对版，直接采用铝掩膜的微流控通道作为光漂白波导的掩膜版(光漂白是一种光直接写入聚合物的方法，利用聚合物材料在紫外光曝光下折射率变低，且在一定范围内，折射率随曝光量的增加而递减的特性)，消除对版误差；2.通过光写入制备光波导，降低散射损耗和弯曲损耗；3.采用热封装上下层器件，成本低廉，且不会阻塞微流控通道。4.激光切割全聚合物芯片，切割范围大，经济快捷。

本发明的具体工艺步骤如下：

1)制备微流控层芯片，其方法有两种：热纳米压印法和紫外纳米压印法。

用激光器(1)将表面抛光的聚合物基底切割为矩形结构的微流控基底(2)，然后在微流控基底(2)上采用热纳米压印法或紫外纳米压印法制备微流控通道凹槽(5)，微流控通道凹槽(5)由等高等宽且共线的前中后三线段式条形结构、与该条形结构中间线段的两端分别垂直连接的微流控液体的引入和引出通道组成；三线段式条形结构的前、后两线段与中间线段间具有一定的间隔；引入和引出通道为与中间线段等高等宽的条形结构，且位于中间线段的同一侧；在引入和引出通道的端口处用激光器(1)贯穿微流控基底(2)烧蚀出注液孔(6)；然后用乙醇、去离子水依次擦拭或超声清洗微流控基底(2)，微流控基底(2)、微流控通道凹槽(5)和注液孔(6)构成微流控层芯片；