專利名稱：一種微液滴微流控芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微液滴微流控芯片的制作方法，屬于微流控芯片的制作技術領域。
背景技術：
目前，微流控芯片的發(fā)展主要受到芯片材料、加工技術、成型方法和封接工藝等方面的限制。芯片材料主要分成三類。第一類材料為單晶硅，它的加工工藝成熟，但是易碎， 價格昂貴，不能透光且表面化學行為較復雜。第二類材料為有機聚合物，可通過鑄造成型或者激光雕刻等方法得到深寬比大的通道，但是不耐高溫和有機溶液腐蝕，且不易對表面進行改性。第三類材料為玻璃，它具有穩(wěn)定的表面性質，耐有機溶劑腐蝕，不易吸附樣品，透光性良好，可與高速在線顯微實驗平臺聯(lián)用，方便對樣品進行實時的觀察和操控，這些獨特的性質使玻璃非常適合作為微液滴微流控芯片的制作材料。目前玻璃芯片微通道的加工工藝水平國內外比較接近，主要基于光刻和濕法腐蝕，即利用光刻技術在犧牲層制作圖案窗口，繼而使用hf/hno3或hf/nh4f等化學腐蝕溶液進行腐蝕的加工工藝。該方法所涉及的光刻步驟需要昂貴的儀器和超凈室以及繁瑣的步驟，然而普通的化學實驗室一般又不具備微加工條件與超凈環(huán)境，因此在很大程度上制約了微流控系統(tǒng)在化學領域的應用。最近也有報道將激光技術用于玻璃芯片微通道的加工， 但由于玻璃易碎的物理性質，單純使用激光加工難以制備表面光滑的微流控芯片通道系統(tǒng)，尤其不容易控制交叉管道的質量，并且高能量激光較強的燒蝕作用易使導熱性導較差的玻璃表面產生裂紋，高分辨率激光照排機價格昂貴，需要專業(yè)的技術人員進行操作，工藝路線具有較大的局限性，不利于微流控技術在普通化學實驗室中的推廣。除了玻璃微加工工藝這個技術瓶頸之外，玻璃鍵合工藝也一直是困擾微流控系統(tǒng)研究人員的技術難點之一。國內外對玻璃鍵合工藝研究相對較少。鍵合方式主要有熱鍵合、陽極鍵合和間質鍵合三大類。目前，玻璃鍵合常采用傳統(tǒng)的熱鍵合技術。這是以上三種鍵合技術中對設備依賴性最低的一種。但是熱鍵合工藝對玻璃基質表面的平整度有很高的要求，基質往往需要額外的拋光處理，且鍵合工藝需要較長的升溫和降溫過程，工藝穩(wěn)定性差，鍵合廢品率高，增加了微流控芯片的加工成本和生產時間。

發(fā)明內容
為了解決目前微液滴微流控芯片制作工藝中關于微通道加工及芯片鍵合等關鍵技術難題，使普通化學實驗也能使用微液滴微流控平臺用于化學合成與分析，本發(fā)明提供了一種簡單精巧的微液滴微流控芯片的制作方法。為此，本發(fā)明提供的一種微液滴微流控芯片的制作方法，包括如下步驟(I)設計預制作的微液滴微流控芯片的通道結構；(2)在載玻片上切割出與所述通道結構匹配的組件玻璃片；(3)將所述組件玻璃片在基片上搭建出所述通道結構；在所述通道結構的微通道中設置一帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和一圓柱形玻璃毛細管，所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐端插入至所述圓柱形玻璃毛細管內且為同軸設置；然后將蓋片鍵合于所述組件玻璃片、帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和圓柱形玻璃毛細管上；(4)將所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的平口端插入至內徑與之匹配的細管中，再將內徑與所述組件玻璃片之間的空隙匹配的細管插入至所述組件玻璃片之間的空隙中，然后將所述細管與所述圓柱形玻璃毛細管和組件玻璃片之間的接口進行密封即完成所述微液滴微流控芯片的制作。上述的制作方法中，所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的圓柱形部分和圓柱形玻璃毛細管的內徑和外徑均相等。上述的制作方法中，所述細管的材質可為聚四氟乙烯、聚氯乙烯或ABS(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)樹脂等。上述的制作方法中，所述載玻片、基片與蓋片的材質均可為鈉玻璃、鉀玻璃、鋁鎂玻璃、鉛玻璃、硼硅玻璃或石英玻璃。上述的制作方法中，步驟(2)中，可利用玻璃刀在所述載玻片上進行切割；步驟
(3)中，可通過粘合劑進行鍵合，如502膠水、丙烯酸樹脂或水玻璃等。上述的制作方法中，所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐形端口的直徑可為I 80 μ m。上述的制作方法中，步驟(4)中，可利用粘合劑對所述接口進行密封，如AB膠或環(huán)氧樹脂膠。本發(fā)明提供的制作方法具有以下有益效果I、本發(fā)明所用是的芯片材料為普通的載玻片，廉價易得，且耐有機溶劑腐蝕，不易吸附樣品，透光性良好，可與高速在線顯微實驗平臺聯(lián)用，方便對樣品進行實時的觀察和操控。2、本發(fā)明涉及的芯片制作環(huán)境為普通的化學實驗室，突破對超凈制作環(huán)境的依賴。3、本發(fā)明涉及的微流控芯片微通道的加工工藝并不是通過傳統(tǒng)的刻蝕方法，可以免除光刻等繁瑣的工藝及相關的昂貴設備，突破對MEMS專業(yè)技術人員的依賴。4、本發(fā)明涉及的芯片鍵合技術無需超凈和高溫環(huán)境，有效避免高溫產生的熱應力對芯片結構的損害。5、本發(fā)明涉及的芯片無需鉆孔，避免了芯片在鉆孔的初始和結束階段造成微通道邊界的塌陷。6、本發(fā)明涉及的芯片可以通過丙酮浸泡過夜和超聲處理實現(xiàn)拆分，然后重新組裝使用，增加了設計的靈活性和多樣性。


圖I為T型與十字交叉型微液滴微流控芯片的制作工藝流程圖。圖2為T型微液滴微流控芯片剖面圖。圖3為十字交叉型微液滴微流控芯片剖面圖。圖4為使用實施例2制作的微液滴微流控芯片得到的微液滴的顯微鏡照片。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例I、T型微液滴微流控芯片的制作該實施例制作的工藝流程圖如圖I所示。(I)設計微液滴微流控芯片的通道結構為T型通道；(2)根據(jù)設計出的T型通道，用玻璃刀在石英玻璃材質的載玻片上切割出需要規(guī)格和尺寸的組件玻璃片A、B和C ;(3)將各組件玻璃片A、B和C在石英玻璃材質的基片上搭建出設計的T型通道，如圖I (a)所示；在該T型通道的微通道中設置一個內徑和外徑均相等的帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和一個圓柱形玻璃毛細管，該帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐端插入至圓柱形玻璃毛細管內且為同軸設置，帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐形端口的直徑為50 μ m ;然后將石英玻璃材質的蓋片通過502膠水鍵合于各組件玻璃片A、B和 C以及帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和圓柱形玻璃毛細管上，如圖1(b)所示；將帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的平口端插入至一內徑與之匹配的聚四氟乙烯管中，再將一聚四氟乙烯管插入至組件玻璃片B與C之間的空隙(圖中未示出)，該細管的內徑與組件玻璃片B與C之間的空隙相匹配，然后將用AB膠對各接口進行密封即完成該T型微液滴微流控芯片的制作，分散相從與帶有漸縮形尾錐的圓柱形玻璃毛細管的平口端相連接的聚四氟乙烯管的管口注入，連續(xù)相從設于組件玻璃片B與C之間的聚四氟乙烯管的管口注入，在帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐形端口處，分散相在連續(xù)相的剪切力的作用下形成微液滴，如圖1(c)所示。本實施例制作的微液滴微流控芯片的剖面圖如圖2所示，其中，G為載玻片，A、B、 C為由載玻片切割出的微通道組件玻璃片。實施例2、十字交叉型微液滴微流控芯片的制作該實施例制作的工藝流程圖如圖I所示。(I)設計微液滴微流控芯片的通道結構為十字交叉型通道；(2)根據(jù)設計出的十字交叉型通道，用玻璃刀在硼硅玻璃材質的載玻片上切割出需要規(guī)格和尺寸的組件玻璃片A’、B’、C’和D’ ；(3)將各組件玻璃片A’、B’、C’和D’在硼硅玻璃材質的基片上搭建出設計的T型通道，如圖I (a’ )所示；在該十字交叉型通道的微通道中設置一個內徑和外徑均相等的帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和一個圓柱形玻璃毛細管，該帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐端插入至圓柱形玻璃毛細管內且為同軸設置，帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐形端口的直徑為80 μ m ;然后將硼硅玻璃材質的蓋片通過丙烯酸樹脂鍵合于各組件玻璃片A’、B’、C’和D’以及帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和一圓柱形玻璃毛細管上，如圖I (b’)所示；將帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的平口端插入至一內徑與之匹配的聚四氟乙烯管中，再將二個聚四氟乙烯管分別插入至組件玻璃片A’與B’和C’與D’之間的空隙(圖中未示出)，該細管的內徑與組件玻璃片A’與B’和C’與D’之間的空隙相匹配，然后將用環(huán)氧樹脂膠對各接口進行密封即完成十字交叉型微液滴微流控芯片的制作，分散相從與帶有漸縮形尾錐的圓柱形玻璃毛細管的平口端相連接的聚四氟乙烯管的管口注入，連續(xù)相從設于組件玻璃片A’與B’和C’與D’之間的聚四氟乙烯管的管口注入，在帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐形端口處，分散相在連續(xù)相的剪切力的作用下形成微液滴， 如圖I (c’ )所示。本實施例制作的微液滴微流控芯片的剖面圖如圖3所示，其中，G’為載玻片，A’、 B’、C’和D’為由載玻片切割出的微通道組件玻璃片。以甲苯為分散相，水為連續(xù)相，利用本實施例制作的微液滴微流控芯片進行實驗， 得到的微液滴在50倍光學顯微鏡下的照片如圖4所示，由該圖可知，由本發(fā)明制作的微液滴微流控芯片得到的微液滴具有良好的均一性，液滴半徑為150um。圖4為使用自制玻璃微液滴微流控芯片，以甲苯為分散相，水為連續(xù)相得到的微液滴在50倍光學顯微鏡下的照片，由圖可見液滴具有良好的均一性，液滴半徑為150 μ m。
權利要求
1.一種微液滴微流控芯片的制作方法，包括如下步驟(1)設計預制作的微液滴微流控芯片的通道結構；(2)在載玻片上切割出與所述通道結構匹配的組件玻璃片；(3)將所述組件玻璃片在基片上搭建出所述通道結構；在所述通道結構的微通道中設置一帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和一圓柱形玻璃毛細管，所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐端插入至所述圓柱形玻璃毛細管內且為同軸設置；然后將蓋片鍵合于所述組件玻璃片、帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管和圓柱形玻璃毛細管上；(4)將所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的平口端插入至內徑與之匹配的細管中，再將內徑與所述組件玻璃片之間的空隙匹配的細管插入至所述組件玻璃片之間的空隙中，然后將所述細管與所述圓柱形玻璃毛細管和組件玻璃片之間的接口進行密封即完成所述微液滴微流控芯片的制作。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的圓柱形部分和圓柱形玻璃毛細管的內徑和外徑均相等。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述細管的材質為聚四氟乙烯、聚氯乙烯或丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物樹脂。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于所述載玻片、基片與蓋片的材質均為鈉玻璃、鉀玻璃、鋁鎂玻璃、鉛玻璃、硼硅玻璃或石英玻璃。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于步驟(2)中，用玻璃刀在所述載玻片上進行切割；步驟(3)中，通過粘合劑進行鍵合；步驟(4)中，用粘合劑對所述接口進行密封。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐形端口的直徑為I 80 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微液滴微流控芯片的制作方法。包括如下步驟(1)設計預制作的微液滴微流控芯片的通道結構；(2)在載玻片上切割出與所述通道結構匹配的組件玻璃片；(3)將組件玻璃片在基片上搭建出通道結構；在所述通道結構的微通道中設置一帶有漸縮形尾椎的圓柱形毛細管和一圓柱形毛細管，帶有漸縮形尾椎的圓柱形玻璃毛細管的錐端插入至圓柱形玻璃毛細管內且為同軸設置；然后將蓋片鍵合；(4)將所述帶有漸縮形尾椎的圓柱形毛細管的平口端插入至內徑與之匹配的細管中，再將一細管插入至組件玻璃片之間的空隙。本發(fā)明的微流控芯片微通道的加工工藝并不是通過傳統(tǒng)的刻蝕方法，可以免除光刻等繁瑣的工藝及相關的昂貴設備，突破對MEMS專業(yè)技術人員的依賴。
文檔編號B01L3/00GK102580799SQ201210050089
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者嚴清峰, 王秀瑜 申請人:清華大學