[发明专利]三维微流控芯片、其制备方法及其应用

说明书

本文涉及三维微流控芯片、其制备方法及其应用。具体而言，本文涉及一种用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：通过控制模板硅片的显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，使得特定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构。本文还涉及包括一个或多个U型坝的三维微流控芯片及其应用。本文通过不完全显影来制作三维微流控芯片的方法非常简单，同时极大的降低了对芯片加工平台的要求。

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，尤其是涉及一种三维微流控芯片，所述三维微流控芯片一次成型的加工工艺，以及三维微流控芯片的应用。

背景技术

微流控技术是一种针对极小量的流体进行操控的系统科学技术。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台和技术装置。20世纪90年代，Manz提出了微全分析系统的概念，它的主要特点是将待分析样品的前处理、分离以及检测等步骤高度集成化，在一块芯片上完成。在潜在应用前景的鼓舞下，微流控技术得到快速发展。早期的微流控芯片多使用加工工艺较成熟的硅和玻璃，但由于其对加工工艺的要求较为严格，不利于大范围推广。随后，1998年哈佛大学Whitesides研究组提出用软蚀刻的概念，应用模型复制的快速成型法来加工制作微流控芯片。软蚀刻概念的提出，宣告了微流控芯片进入以聚二甲基硅氧烷(poly(dimethyl)siloxane，PDMS)为关键材料的时代，使得微流控技术的发展速度大大加快。微流控芯片由于其快速、高效、高通量、低耗材等特点，被广泛应用于检测、分析等相关的各个研究领域。

在微流控芯片的实际应用中，经常需要用到三维微流控芯片，如细胞捕获，细胞三维环境的构建等。然而，利用传统的软蚀刻技术制作三维芯片，加工工艺复杂，仪器设备要求较高。

传统软蚀刻技术制作三维微流控芯片需要进行二次光刻。首先，利用光刻掩膜进行第一次光刻，在硅片基底上“刻”上第一层图案；然后，用匀胶机在第一层图案上平铺上第二层光刻胶，换上第二张光刻掩模进行光刻，在第一层图案上“刻”上第二层图案。在进行二次光刻时，由于第二层图案需与第一层图案相互匹配，所以需要显微成像系统来确定第二张光刻 掩膜的位置。因此，一般只有昂贵的带有显微成像的光刻机才能制作三维微流控芯片。

三维微流控芯片及其制备方法可以参见例如中国专利申请公开号CN102405411A、CN101970996A、CN102326077A、CN102686246A、CN102015998A、CN101479041A等文献的记载。

本文提及的文献通过引用并入本文。

发明内容

针对目前三维微流控芯片加工工艺复杂，仪器设备要求较高的现状，本发明通过改进传统的软蚀刻技术，利用不完全显影的方法，能够一步成型制备三维微流控芯片，极大的降低了对芯片加工平台的要求。

在一些实施方案中，本文提供一种用来一步成型制作三维微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：通过控制模板硅片的显影时间来控制特定区域微结构的显影深度，使得特定区域微结构的未交联聚合光刻胶不被显影剂完全溶解，从而使得模板硅片上的光刻胶具有三维结构。

在一些实施方案中，本发明所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法中的三维结构的纵向尺寸即显影深度通过调节显影时间来控制。

在一些实施方案中，本发明所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法中的三维微流控芯片的单元间隔宽度d为2微米-100微米。

在一些实施方案中，本发明所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法中的三维微流控芯片的单元间隔宽度d越小，达到所需显影深度h所需的显影时间越长。

在一些实施方案中，本文提供通过本文所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法制作的三维微流控芯片。在一些实施方案中，所述通过本文所述的一步成型三维微流控芯片的加工方法制作的三维微流控芯片可以具有下文提及的一种或多种特征。