軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：混膠系統(tǒng)，實現(xiàn)軟質(zhì)芯片原料的混合，并將混合后的原料供給至點膠系統(tǒng)；注塑模具，對軟質(zhì)芯片的高度方向進行定型，其底部設(shè)有模板，該模板上表面形成有微結(jié)構(gòu)圖案；點膠系統(tǒng)，連通于混膠系統(tǒng)，并位于所述注塑模具的上方，該點膠系統(tǒng)用以在所述模板上表面鋪設(shè)混合原料；脫泡系統(tǒng)，具有容納注塑模具的腔體，用以對點膠后注塑模具進行整體脫泡；固化系統(tǒng)，具有一封閉的空間，通過加熱方式將脫泡后的注塑模具進行加熱并使得混合原料固化定型。本實用新型系統(tǒng)設(shè)備體較小，適合實驗室芯片中式或者車間芯片批量生產(chǎn)使用。
【專利說明】
軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請屬于微流控芯片制作技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片技術(shù)(MicrofIuidics)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程。由于它在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，已經(jīng)發(fā)展成為一個生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。
[0003]以PDMS(Po Iydimethy I si 1xane，聚二甲基娃氧燒)材質(zhì)為代表的軟質(zhì)微流控芯片，因其成本低，使用簡單，而且具有良好的化學(xué)惰性等特點，成為一種廣泛應(yīng)用于微流控領(lǐng)域的聚合物材料。PDMS芯片的生產(chǎn)過程通常是將PDMS預(yù)聚物A和B組分充分混合之后進行脫泡，倒入模具當(dāng)中，加熱進行固化，從而形成PMDS芯片。該過程操作繁瑣，生產(chǎn)效率低，目前沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，也沒有儀器能夠?qū)崿F(xiàn)PDMS芯片加工的批量化。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0006]本申請實施例公開了一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，包括:
[0007]混膠系統(tǒng)，實現(xiàn)軟質(zhì)芯片原料的混合，并將混合后的原料供給至點膠系統(tǒng)；
[0008]注塑模具，對軟質(zhì)芯片的高度方向進行定型，其底部設(shè)有模板，該模板上表面形成有微結(jié)構(gòu)圖案；
[0009]點膠系統(tǒng)，連通于混膠系統(tǒng)，并位于所述注塑模具的上方，該點膠系統(tǒng)用以在所述模板上表面鋪設(shè)混合原料；
[0010]脫泡系統(tǒng)，具有容納注塑模具的腔體，用以對點膠后注塑模具進行整體脫泡；
[0011]固化系統(tǒng)，具有一封閉的空間，通過加熱方式將脫泡后的注塑模具進行加熱并使得混合原料固化定型。
[0012]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述注塑模具包括夾具底板和夾具上蓋，所述夾具底板上凹設(shè)形成有注塑槽，所述模板設(shè)置于所述注塑槽的底部，所述夾具上蓋具有水平的底面。
[0013]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述夾具底板和夾具上蓋之間轉(zhuǎn)動連接。
[0014]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述夾具底板上設(shè)置有水平儀。
[0015]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述模板為硅片。
[0016]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述混膠系統(tǒng)包括混膠桶、攪拌裝置和氣動連接裝置，所述混膠桶具有一密閉的攪拌空間，所述攪拌裝置延伸于所述攪拌空間內(nèi)，所述氣動連接裝置連通于所述攪拌空間，并可與外部的真空栗或空氣壓縮機連接。
[0017]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述軟質(zhì)芯片的材質(zhì)為PDMS。
[0018]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述混膠系統(tǒng)、點膠系統(tǒng)、注塑模具、脫泡系統(tǒng)和固化系統(tǒng)依次設(shè)于同一生產(chǎn)線上，相鄰系統(tǒng)之間通過機械手作業(yè)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0020]1.本實用新型系統(tǒng)生產(chǎn)效率高；
[0021 ] 2.系統(tǒng)操作簡單、成本低廉；
[0022]3.節(jié)省人工成本、降低人為誤差；
[0023]4.設(shè)備體較小，適合實驗室芯片中式或者車間芯片批量生產(chǎn)使用。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1所示為本實用新型具體實施例中混膠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2所示為本實用新型具體實施例中注塑模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]本實施例以制作PDMS軟質(zhì)芯片為例進行說明。
[0029]軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的混膠系統(tǒng)、點膠系統(tǒng)、注塑模具、脫泡系統(tǒng)和固化系統(tǒng)。
[0030]參圖1所示，混膠系統(tǒng)由混膠桶1、攪拌裝置2和氣動連接裝置3組成，混膠桶為市售混膠桶，用來盛放PDMS的兩個組分，混膠桶的容積可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選用。通過上面的攪拌裝置(自帶馬達)混勻預(yù)聚物兩個組分，還可以采用磁力攪拌等其他方式實現(xiàn)PDMS兩組分的混合。
[0031 ]氣動連接裝置連通于混膠筒的內(nèi)部，其可以與真空栗連接，實現(xiàn)邊攪拌邊脫泡的過程，節(jié)省時間。攪拌時間通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速確定，以混勻預(yù)聚物為目的。
[0032]抽真空時間要長于攪拌時間，而且抽真空的效果除了取決于時間長短，還和預(yù)聚物的量以及混膠桶的深寬比有關(guān)系;質(zhì)量相同的預(yù)聚物，混膠桶深寬比越小，抽真空效果越好。
[0033]需要注意的是，整個混膠系統(tǒng)需要保證氣密性，保證脫泡效率，混料桶底部有一個控制閥，控制閥開啟時，空氣壓縮機連接氣動連接裝置，通過壓縮氣體將混膠桶里的PDMS擠壓到點膠系統(tǒng)的管路中。
[0034]點膠系統(tǒng)4采用市售的點膠頭，通過控制部分進行控制。點膠頭通過軟管和混膠桶底部連接，壓縮氣體實現(xiàn)PDMS原料的供給。點膠頭可以是氣動或者機械推進等方式控制。如果是氣動點膠頭，通過控制氣壓和時間，控制點膠量。如果是機械推進式點膠頭，通過選擇點膠頭的通徑、推進速度、時間等因素控制點膠量。PDMS注塑模具放置于點膠底部，PDMS混合物直接滴入到注塑模具中，完成點膠過程。
[0035]點膠系統(tǒng)可以配備反饋模塊，精確控制點膠量，從而實現(xiàn)控制PDMS芯片厚度的目的，并加速點膠過程。
[0036]注塑模具是PDMS注塑生產(chǎn)的關(guān)鍵部分，如圖2所示，夾具采用機加工方式加工而成，材質(zhì)為鋁制或者其他金屬。夾具主體包括夾具底板5和夾具上蓋板6，通過鉸鏈連接。夾具底板5上加工有注塑槽7，尺寸和硅片8尺寸對應(yīng)，硅片上加工有微結(jié)構(gòu)。夾具底板上安裝有水平儀9，確保夾具整體的水平，避免芯片10厚度不一。
[0037]由于PDMS注塑模具通常具有微米級結(jié)構(gòu)，注塑過程中容易再次產(chǎn)生氣泡。通過氣動點膠頭的方式點膠也容易產(chǎn)生氣泡，因此需要再次脫泡。
[0038]脫泡系統(tǒng)，包括密封箱體，通過密封門開關(guān)。注塑模具整體放置到脫泡系統(tǒng)之后，啟動真空栗，達到-0.1MPa之后，保持一定時間，直至模具上氣泡完全消失，通過控制脫泡部分的三通閥，實現(xiàn)密封箱體和大氣的聯(lián)通，卸掉大氣壓，打開密封門，將模具取出。
[0039]固化系統(tǒng)是帶有控制系統(tǒng)的封閉裝置，通過加熱實現(xiàn)TOMS固化。固化部分為密閉體系，加熱溫度為60-80攝氏度左右，時間在5-20分鐘。加熱方式可以選用紅外加熱燈等方式。
[0040]上述模具從點膠部分到脫泡部分，從脫泡部分到固化部分的過程，可以配備機械手完成，加快生廣效率。
[0041 ]固化完成之后，將模具整體取出，繼而進行脫模和切割，PDMS芯片加工完成。模具使用完畢之后，可以進行下一次的生產(chǎn)。
[0042]各個部分可以組裝于一個生產(chǎn)線上，方便人工或者機械手的操作，節(jié)省空間。
[0043]利用上述系統(tǒng)批量制作PDMS軟質(zhì)芯片的方法包括:
[0044](I)、將PDMS的兩個組分按照比例導(dǎo)入混膠桶之中，其中攪拌裝置和真空栗，實現(xiàn)兩組分?jǐn)嚢韬兔撆萃瑫r進行。混合脫泡過程完成之后，通過開啟混膠桶下面的控制閥門，混合好的PDMS膠進入連接點膠頭的軟管之中，通過控制部分定量點膠。
[0045](2)、將加工好的芯片模具放置到模具槽之中，并將模具上蓋板和模具底板組裝到一起，將整體模具放置于點膠頭之下，開始點膠。
[0046](3)、點膠完成之后，將盛有PDMS膠的模具放置到脫泡部分，啟動真空栗，真空度達到-0.1MPa之后，保持2-10分鐘，氣泡完全脫出之后，同過三通連接脫泡部分和大氣，卸掉大氣壓，開啟密封門，取出模具。
[0047](4)、將模具整體放置到固化部分，啟動加熱裝置，達到60-80攝氏度，保持5-20分鐘，PDMS固化于模具之上，將模具整體取出，繼而完成脫模和切割過程，PDMS芯片加工完成，模具可以進行下一個批次的注塑。
[0048]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0049]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于，包括: 混膠系統(tǒng)，實現(xiàn)軟質(zhì)芯片原料的混合，并將混合后的原料供給至點膠系統(tǒng)； 注塑模具，對軟質(zhì)芯片的高度方向進行定型，其底部設(shè)有模板，該模板上表面形成有微結(jié)構(gòu)圖案； 點膠系統(tǒng)，連通于混膠系統(tǒng)，并位于所述注塑模具的上方，該點膠系統(tǒng)用以在所述模板上表面鋪設(shè)混合原料； 脫泡系統(tǒng)，具有容納注塑模具的腔體，用以對點膠后注塑模具進行整體脫泡； 固化系統(tǒng)，具有一封閉的空間，通過加熱方式將脫泡后的注塑模具進行加熱并使得混合原料固化定型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述注塑模具包括夾具底板和夾具上蓋，所述夾具底板上凹設(shè)形成有注塑槽，所述模板設(shè)置于所述注塑槽的底部，所述夾具上蓋具有水平的底面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述夾具底板和夾具上蓋之間轉(zhuǎn)動連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述夾具底板上設(shè)置有水平儀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述模板為硅片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述混膠系統(tǒng)包括混膠桶、攪拌裝置和氣動連接裝置，所述混膠桶具有一密閉的攪拌空間，所述攪拌裝置延伸于所述攪拌空間內(nèi)，所述氣動連接裝置連通于所述攪拌空間，并可與外部的真空栗或空氣壓縮機連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述軟質(zhì)芯片的材質(zhì)為PDMS08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述混膠系統(tǒng)、點膠系統(tǒng)、注塑模具、脫泡系統(tǒng)和固化系統(tǒng)依次設(shè)于同一生產(chǎn)線上，相鄰系統(tǒng)之間通過機械手作業(yè)。
【文檔編號】B29C45/34GK205522221SQ201620066173
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】顧志鵬, 劉鵬, 竇利燕, 聶富強
【申請人】蘇州汶顥芯片科技有限公司