一種微流控晶片的微溝道加工方法
2023-05-29 11:25:16 1
專利名稱：一種微流控晶片的微溝道加工方法
技術領域：
本發明涉及一種微流控晶片的微溝道加工方法，屬微流控晶片的加工技術領域。
背景技術：
微流控晶片是指通過微加工技術及其他加工方法將一個生物或化學實驗室微縮到一塊只有幾平方釐米大的薄片上。在一塊晶片上構建的化學或生物實驗室可以將化學和生物領域中所涉及的樣品製備、反應、分離、檢測，細胞培養、分選、裂解等基本操作單元進行集成。最終，上述的操作單元可以集成到一塊很小的晶片上，由微通道形成網絡，用可控流體貫穿整個系統，用以實現常規化學或生物實驗室的各種功能。該技術具有檢測限低，檢測所需樣品量少，檢測時間短，製作成本低等優點，能夠對特定離子、化合物、DNA片段等做出有效檢測。該技術可以被廣泛地應用於環保、軍事、醫藥、生化等領域。近年來，隨著微加工技術，MEMS技術以及電子技術的日益成熟，微流控晶片開始向集成化、微型化方向發展。目前微流控晶片在國內外比較典型的加工方式主要有光刻陽模熱壓法、微機械加工法等。其中光刻陽模熱壓方法成本較高，模具製作周期較長，一種模具只能加工一種形狀的微溝道，且模具材質通常為半導體材料，質地較脆，使用壽命較短。而微機械加工的設備較為昂貴且遠沒有普及，並且其微尺寸刀具採用純機械的方式在有機材質上進行溝道加工，使得單個微尺寸刀具的壽命較短。此外其他加工方法也存在一些問題，如金屬絲熱壓法，其加工溝道的線性度不夠；雷射刻蝕法，其加工的溝道側壁較為粗糙。總之，上述微流控晶片的微溝道製作方法在實際應用過程中受到諸多條件限制。這有悖於微流控晶片通過集成化、微型化實現普及的宗旨，從而限制了微流控晶片在各個領域的應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種可以降低晶片加工成本、縮短晶片加工周期、保證微溝道加工質量的基礎上推進微流控晶片普及的微流控晶片的微溝道加工方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的首先用去離子水超聲清洗已經切割好的基片，然後將基片在真空條件下低溫烘乾，待基片被完全烘乾後，將其置於控溫加熱劃刻設備的載物臺上，將基片固定；將控溫加熱劃刻設備的刀具加熱到基片材質的軟化溫度，移動載物臺使刀具頭部對準溝道的起始位置，對設備的數控部分進行編程，設定刀具的運動軌跡使之與所需的圖形相吻合，刀具移動速度的設定範圍為O 100mm/S，啟動數控裝置，待劃刻結束之後，從載物臺上取下基片，對晶片表面進行平整化並用酸對微溝道進行平整化處理，再次用去離子水超聲清洗基片上的溝道，然後將基片在真空條件下低溫烘乾即可。本發明將控溫加熱與微機械加工方法相結合，採用數控編程方式保證複雜溝道圖形加工的同時也保證了所需的加工精度，其具體優點如下1、利用了熱劃刻加工工藝方法， 將控溫加熱、微尺寸刀具與數控裝置結合。2、使得微流控晶片的工藝流程得到簡化，加工時間縮短。3、便於微流控晶片的批量化生產。4、製作的微流控晶片的溝道平整度與線性度良好。5、加工方法簡單易行，單個晶片加工成本低，便於推廣普及。
圖1是實施彎角轉彎溝道晶片加工示意圖，圖2是實施十字溝道晶片加工示意圖，圖3是實施T形溝道晶片加工示意圖，圖4是實施雙T形溝道晶片加工示意圖，圖5是控溫加熱劃刻設備的結構示意圖。
具體實施例方式本發明較佳的實施方式見圖1 圖4，首先用去離子水超聲清洗已經切割好的基片，然後將基片在真空條件下低溫烘乾，待基片被完全烘乾後，將其置於控溫加熱劃刻設備的載物臺上，將基片固定；將控溫加熱劃刻設備的刀具加熱到基片材質的軟化溫度，移動載物臺使刀具頭部對準溝道的起始位置，對設備的數控部分進行編程，設定刀具的運動軌跡使之與所需的圖形相吻合，刀具移動速度的設定範圍為0 100mm/S，啟動數控裝置，待劃刻結束之後，從載物臺上取下基片，對晶片表面進行平整化並用酸對微溝道進行平整化處理，再次用去離子水超聲清洗基片上的溝道，然後將基片在真空條件下低溫烘乾即可。所述基片的材質是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗稱有機玻璃)、聚碳酸酯或聚對二甲苯。由於上述材料軟化溫度低，採用熱劃刻加工工藝方法，將控溫加熱劃刻設備的刀具加熱到基片軟化溫度後，在基片上劃刻形成微溝道，此時刀具在劃刻過程中受到阻力較小。其中溫度控制部分採用PID控制，通過合理設定PID參數以保證加熱溫度的穩定。載物臺和刀具採用數控方式進行控制，所以能夠通過CAD方式進行各種溝道圖形的加工。在載物臺上將基片固定之後，將刀具加熱到指定的溫度，對數控部分進行編程設定或者導入CAD圖形後，設備能夠自動加工出所需要的溝道圖形。多自由度的載物臺和刀具採用數控編程控制，不但能夠控制運動軌跡而且能夠保證在指定速度下沿預設的運動軌跡勻速移動，其移動速度可以自行設定與選擇。所述基片的面積彡200 X 200mm。所述微溝道的截面形狀是圓弧形、錐形、矩形或梯形。所述微溝道的幾何尺寸為寬度10-1000 μ m，深度為10-1000 μ m，長度為 30-500mm。所述用乙酸對微溝道進行平整化。以上所述實施方式的優點在於1、保證了 PMMA及其他聚合物材質的微流控晶片微溝道的平整度；2、製作PMMA及其他聚合物材質的微流控晶片的工藝參數容易控制；3、製作PMMA及其他聚合物材質的微流控晶片的加工周期短；4、製作的PMMA及其他聚合物材質的微流控晶片成本低；5、能夠製作形狀複雜的微溝道，並能夠保證加工的微溝道圖形精度。所述控溫加熱劃刻設備包括支架1、劃刻深度控制標尺2、溫度控制器3、加熱器 4、微尺寸刀具5、微尺寸刀具數控運動機構6、多自由度的數控載物臺(載物臺)7和搖臂 8，所述支架1的下端與多自由度的數控載物臺7相連接，所述的搖臂8設置在支架1上，所述的劃刻深度控制標尺2設置在搖臂8上，所述的微尺寸刀具數控運動機構6設置在劃刻深度控制標尺2上，加熱器4的上端與劃刻深度控制標尺2的下端相連接，微尺寸刀具5的上部設置在加熱器4內，溫度控制器3通過導線與加熱器4相連接。所述的微尺寸刀具有多種尺寸規格，可以任意選擇。刀具採用精密模具鑄造，其微尺寸刀具5的刀頭5-1形狀為錐形、圓弧形、矩形或梯形，可以通過熱劃刻得到截面形狀為錐形、圓弧形、矩形或梯形的溝道。
權利要求
1.一種微流控晶片的微溝道加工方法，其特徵在於，首先用去離子水超聲清洗已經切割好的基片，然後將基片在真空條件下低溫烘乾，待基片被完全烘乾後，將其置於控溫加熱劃刻設備的載物臺上，將基片固定；將控溫加熱劃刻設備的刀具加熱到基片材質的軟化溫度，移動載物臺使刀具頭部對準溝道的起始位置，對設備的數控部分進行編程，設定刀具的運動軌跡使之與所需的圖形相吻合，刀具移動速度的設定範圍為O 100mm/S，啟動數控裝置，待劃刻結束之後，從載物臺上取下基片，對晶片表面進行平整化並用酸對微溝道進行平整化處理，再次用去離子水超聲清洗基片上的溝道，然後將基片在真空條件下低溫烘乾即可。
2.根據權利要求1所述的微流控晶片的微溝道加工方法，其特徵在於，所述基片的材質是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚對二甲苯。
3.根據權利要求1所述的微流控晶片的微溝道加工方法，其特徵在於，所述基片的面積;^ 200 X 200mm。
4.根據權利要求1所述的微流控晶片的微溝道加工方法，其特徵在於，所述微溝道的截面形狀是圓弧形、錐形、矩形或梯形。
5.根據權利要求1所述的微流控晶片的微溝道加工方法，其特徵在於，所述微溝道的幾何尺寸為寬度10-1000 μ m,深度為10-1000 μ m,長度為30_500mm。
6.根據權利要求1所述的微流控晶片的微溝道加工方法，其特徵在於，所述用乙酸對微溝道進行平整化處理。
全文摘要
本發明提供了一種微流控晶片的微溝道加工方法，本發明的方法首先用去離子水超聲清洗已經切割好的基片，然後將基片在真空條件下低溫烘乾，將控溫加熱劃刻設備的刀具加熱到基片材質的軟化溫度，對設備的數控部分進行編程，刀具移動速度的設定範圍為0～100mm/s，對晶片表面進行平整化並用酸對微溝道進行平整化。本發明將控溫加熱與微機械加工方法相結合，採用數控編程方式保證複雜溝道圖形加工的同時也保證了所需的加工精度，其具體優點如下利用了熱劃刻加工工藝方法，將控溫加熱、微尺寸刀具與數控裝置結合。使得微流控晶片的工藝流程得到簡化，加工時間縮短。便於微流控晶片的批量化生產。製作的微流控晶片的溝道平整度與線性度良好。
文檔編號B81C1/00GK102198926SQ20111008463
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月6日 優先權日2011年4月6日
發明者劉曉為, 張海峰, 王蔚, 田麗, 韓小為 申請人:哈爾濱工業大學