[发明专利]基于丝网印刷电极的低成本数字微流控芯片

说明书

本发明公开了基于丝网印刷电极的低成本数字微流控芯片，把丝网印刷技术与数字微流控芯片技术相结合，通过丝网印刷技术印刷碳油墨电极，从而解决了由铜等金属电极制作的数字微流控芯片在工作时所出现的电极脱落与介电击穿现象。此发明不必使用光刻、金属溅射、电化学腐蚀所需的昂贵仪器，不仅显著降低了芯片的制作成本，而且加工步骤少、可重复性高，为数字微流控芯片的批量化生产提供了新的技术路径。

技术领域

本发明为基于丝网印刷的低成本数字微流控芯片，属于数字微流控芯片技术与丝网印刷技术的交叉领域。具体地讲，利用丝网印刷技术印刷碳油墨电极，解决了由铜等金属电极制作的数字微流控芯片在工作时所出现的电极脱落与介电击穿现象，大大提高了数字微流控芯片的使用寿命和稳定性，显著降低了成本。

背景技术

微流控技术起源于微机电系统(MEMS)，是一种对微量流体进行操作的技术。不同于具有微通道、阀门和泵的传统微流控装置，数字微流控(DMF)技术具有精确操纵微升甚至皮升体积液滴的优势。在数字微流控装置中，每一个液滴都可以用作生物或化学反应的隔离胶囊，相关研究已在细胞处理、DNA扩增和检测等领域中得到广泛的应用。

DMF装置通常分为开放式和闭合式(夹在两个基板之间的液滴)两种配置，闭合式装置可以实现液滴分配、分离、合并和移动等操作，而开放式装置只可以实现液滴合并、移动和振荡等操作。数字微流控装置通常包括基体、电极、介电层和疏水层，可用于制作基板的材料有PCB板、ITO玻璃、硅/玻璃晶圆等，可用于制作电极的材料有金、铜、银和碳材料等。介电层用于电极和液滴之间的隔离，可用于制作介电层的材料有PTFE、聚对二甲苯C和SiO₂等。疏水层用于增加液滴的接触角，从而便于液滴的运动，典型的疏水层材料是特氟龙。

相比传统电极制造技术(如光刻、金属溅射、电化学腐蚀等)，利用丝网印刷电极具有操作简单、成本低、大规模生产等优点，并且印刷后的电极不会出现电极脱落与介电击穿现象。丝网印刷是利用丝网印版图文部分网孔透油墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。利用丝网印刷电极，已经在集成电路领域得到了较为广泛的应用。从制造时间、成本和生产能力等方面来看，丝网印刷是一种有效的方法，同时，它对基体的选择性低，可以在各类聚合物或无机材料表面印刷不同类型的导电材料。将丝网印刷技术与数字微流控技术相结合，为数字微流控芯片的批量化生产提供了新的技术路径。采用丝网印刷技术加工微流控芯片的微电极结构，不仅成本低廉，而且加工步骤少、可重复性高。

发明内容

用于制作数字微流控电极的材料主要有铜、银等金属电极，这些金属电极在数字微流控芯片工作过程中会出现电极脱落与介电击穿等现象，影响芯片的使用。目前，用于加工电极的方法主要有光刻、金属溅射、电化学腐蚀等，这些技术需要昂贵的仪器，不利于降低数字微流控芯片的制作成本。为此，本专利提出一种基于丝网印刷电极的低成本数字微流控芯片。在此技术中，使用聚酯薄膜等粘性薄膜作为基体材料，使用碳电阻油墨等非金属导电油墨作为电极材料，并且，通过丝网印刷方法加工电极。这种技术不仅显著降低了成本，而且在芯片工作过程中不会出现电极脱落与介电击穿现象。

如图2所示，基于丝网印刷电极的低成本数字微流控芯片由基体(7)、电极(9)、聚乙烯薄膜(10)和疏水层(11)四部分组成；电极(9)印刷在基体(7)的表面，聚乙烯薄膜(10)贴在电极(9)表面，疏水层(11)铺设在聚乙烯薄膜(10)的表面。

疏水层(11)采用Rain-x。

一种基于丝网印刷电极的数字微流控芯片制作方法，本方法包括以下步骤：

步骤一：使用CAD绘图软件设计所需印刷的图案。

步骤二：通过喷墨打印机(1)在菲林片上(2)打印步骤一中CAD设计的图案。

步骤三：使用上浆器(3)将感光胶(4)均匀地涂刷在丝网框(5)网布的内外两面。