一种免光刻快速制备微流控芯片的方法技术

本发明专利技术公开了一种免光刻快速制备微流控芯片的方法，包括以下步骤：利用激光切割胶带形成具有微通道的结构，将具有微通道结构的胶带转移至干净的基片；然后在胶带的微结构处均匀涂上正光刻胶，待光刻胶固定后移走胶带，得到正光刻胶阳模；再将PDMS和固化剂均匀混合后浇注到正光刻胶阳模上，加热使PDMS固化后将制得的PDMS板从阳模上切下，打孔、封接得到PDMS芯片。该方法无需光刻、显影等，既简化了过程，又省去了对超净间、光刻仪器和大量化学试剂的需求，相对传统光刻方法具有明显的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种免光刻快速制备微流控芯片的方法
本专利技术属于微流控芯片制备
，具体涉及一种免光刻快速制备微流控芯片的方法，通过这种方法可以使PDMS微流控芯片制备变得更加方便、经济和快捷。
技术介绍
微流控芯片已被广泛应用于药物筛选、蛋白质研究、DNA测序、细胞分析、化学合成等多种领域。聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于具有价格低廉、光学性质佳、生物相容性好等特点，已被广泛用作微流控器件的加工材料，而PDMS芯片也在各种生化分析中发挥了重要作用。目前的PDMS芯片通常是基于软光刻工艺制造的，即首先通过光刻制作出光刻胶的模具，然后浇注液态的PDMS在模具上以复制其微结构图形，待PDMS加热固化后揭起来即可将图形转移到PDMS上，最后通过与玻璃键合获得微流控芯片。上述提到的光刻方式制作光刻胶模具的过程具体会涉及到多个步骤，以常用的负光刻胶(SU8)举例：1)先通过软件设计所需要的微结构图形，然后通过高分辨率打印机将其打印成掩膜板(这一步一般需要通过专业的打印公司利用高分辨率打印机打印)；2)将旋涂好光刻胶SU8的硅片进行前烘；3)用光刻机通过掩膜对硅片上的光刻胶进行紫外曝光；4)对光刻胶进行后烘；5)使用显影液进行显影(经过紫外光照射的地方光刻胶会留在硅片上，而未被曝光的区域光刻胶会被清洗掉)；6)对所获得微结构进行坚模。虽然正光刻胶(如SPR220)可以省去最后的坚模过程，但仍然需要前面5个步骤，因此同样需要大量的人工操作，且需消耗多种化学试剂，造成成本高和潜在的环境污染问题。由于光刻胶模具可紧密地附着在基板(通常是硅片)上，它允许多次重复的PDMS浇注和剥离，有助于获得性能稳定的微流控芯片，从而确保后续生化实验的重复性。因此，即使光刻过程需要有经过专业训练的科研人员、多种昂贵的仪器设备、复杂的制作程序以及要求极高的超净间，这一制作方式目前仍然是用作PDMS芯片加工的主流。但可想而知，上述人力物力方面的特殊要求严重阻碍了普通生物化学实验室的研究人员进行他们个性化的PDMS芯片加工。因此，开发加工过程简单、对仪器设备要求低的PDMS芯片加工方法显得非常必要。为了简化微流控器件的制作过程，研究人员提出了多种方法。例如，计算机数控(CNC)微加工和激光切割等方式已经广泛应用于直接制造聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)甚至PDMS器件，但由于激光能量在这些相对坚硬的材料中分布不均匀，所产生的微通道往往呈现V形截面。利用激光切割机在双面胶带上切出微通道，将其与塑料板和载玻片粘结也可形成微芯片。三维(3D)打印也被用于快速打印支架材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚乙烯醇(PVA)等，然后在支架材料上浇注PDMS，再通过溶解这些支架材料获得微型通道结构；但在溶解支架的过程会使PDMS基质膨胀，导致微通道分辨率相对较低。液体成型(liquidmolding)也是一种制作PDMS芯片的方法，它利用等离子体清洗通过一个掩膜在疏水基板上形成一块微型的亲水区域从而可以得到一个水的模具(watermold)。这一种方法不需要昂贵的光刻设备，但仍需要预先制作掩模，且要求在PMDS浇注过程中非常小心，以避免破坏水模。由此可见，目前仍然缺少一种经济有效的方法可以快速获得一种分辨率高、结构稳定且参数易调的微型模具(比如基于光刻胶的模具)，从而便于PDMS芯片的快速制作。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种简易的光刻胶模具和PDMS微流控芯片制备方法。该方法采用激光切割机读取软件设计的图形自动切割胶带形成微型通道，然后将镂空的胶带转移至硅片上，接着在该胶带上滴加少量正光刻胶让其进入镂空区域并移除多余的光刻胶，光刻胶固化后即移除胶带形成凸起的、含有微结构的光刻胶模具；其后，将PDMS和固化剂混合均匀去除气泡后浇注到阳模上并加热使PDMS固化，最后进行PDMS脱模、打孔、封接得到PDMS微流控芯片。将所制备的PDMS芯片用于化学反应监测和细胞培养/染色均表现出很好的效果。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种免光刻快速制备微流控芯片的方法，包括以下步骤：(1)激光切割胶带：根据需要选择不同层数的胶带贴在平板上，利用激光切割胶带形成具有微通道的结构；(2)制备阳模：将具有微通道结构的胶带转移至干净的基片上，然后在胶带的结构处均匀涂上正光刻胶，待光刻胶固定后移走胶带，得到正光刻胶阳模；(3)浇注PDMS：将PDMS和固化剂均匀混合并排气泡后浇注到正光刻胶阳模上，待PDMS固化后将制得的PDMS板从阳模上切下，打孔、封接得到PDMS芯片。进一步地，所述基片为平整的板块，优选硅片或载玻片。进一步地，所述PDMS与固化剂比例为10：1。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术提出了不需要使用光刻机、匀胶机的简易制备光刻胶模具和PDMS微流控芯片的方法。在获得光刻胶模具时，仅需利用激光切割胶带，再滴加少量光刻胶进行加热即可获得光刻胶模具，由于切割胶带只需要很低的激光能量，结合一步简单的加热过程，即可在5分钟内获得分辨率相对较高的光刻胶模具。虽然光刻胶已被使用多年，但常规方法均是利用紫外光照让硅片上的光刻胶产生差异，再通过显影过程洗去光照区域，留下非光照区域。我们的方法首次提出，利用胶带的镂空区域直接形成正光刻胶的模具，即直接保留需要留下的光刻胶，不产生需要洗除的部分，从而无需光刻、显影等，既简化了过程，又省去了对超净间、光刻仪器和大量化学试剂的需求，相对传统光刻方法具有明显的优势。此外，胶带的宽度、高度和材质可以自由选取(也可以采用其它薄膜类代替)，胶带的层数也是可变的，激光切割机的精度可以根据需要进一步升级，因此本方法所能制备的微通道高度、精度可以自由调节。利用本方法可以在没有光刻机、匀胶机等专业仪器的非超净间里获得满足一般生物化学实验所需的微流控芯片，扩大了微流控芯片的应用领域、降低了实验成本、缩短了实验时间。附图说明图1为本专利技术所述的免光刻快速制备微流控芯片的方法示意图。图2为激光切割的胶带图片，激光烧蚀后在一层或两层胶带上产生的图案，这些胶带可以用激光一次烧蚀得到。图3为将一层、两层或三层的胶带粘在PMMA板上，通过激光切割机进行烧蚀，可以高通量设计和处理多个微结构。图4为微流控芯片制作步骤：(a)将被切割的胶带转移到干净的硅片上，(b)在胶带框上滴加正光刻胶，(c)固化的PDMS，(d)制好的微流控芯片。图5为PDMS微流控芯片微通道的显微照片，比例尺300μm。图6为荧光淬灭实验结果。(a)、(c)分别是流速为0.1(a)和0.03(c)mL/h条件下的荧光图像；(b)、(d)分别是流速为0.1(b)和0.03(d)mL/h下微通道不同位置的荧光强度。图7为细胞培养和染色的显微照片。(a)HeLa细胞，(b)U87细胞。具体实施方式图1为利用本专利技术方法制备微流控芯片的示意图。快速、简易的微流控芯片制备的具体实施方式如下：如图2所示，将胶带粘贴在载玻片上进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种免光刻快速制备微流控芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）激光切割胶带：根据需要选择不同层数的胶带贴在平板上，利用激光切割胶带形成具有微通道的结构；/n（2）制备阳模：将具有微通道结构的胶带转移至干净的基片上，然后在胶带的微结构处均匀涂上正光刻胶，待光刻胶固定后移走胶带，得到正光刻胶阳模；/n（3）浇注PDMS：将PDMS和固化剂均匀混合并排气泡后浇注到正光刻胶阳模上，待PDMS固化后将制得的PDMS板从阳模上切下，打孔、封接得到PDMS芯片。/n

【技术特征摘要】
1.一种免光刻快速制备微流控芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）激光切割胶带：根据需要选择不同层数的胶带贴在平板上，利用激光切割胶带形成具有微通道的结构；
（2）制备阳模：将具有微通道结构的胶带转移至干净的基片上，然后在胶带的微结构处均匀涂上正光刻胶，待光刻胶固定后移走胶带，得到正光刻胶阳模；
（3）浇注PDMS：将PDMS和固化剂均匀混...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，覃珊珊，杨运煌，胡锐，刘买利，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42