一種在微流體晶片上加工納米通道的方法

2023-08-04 23:58:11 1

專利名稱：一種在微流體晶片上加工納米通道的方法
技術領域：
本發明涉及微流體晶片技術領域，尤其涉及一種在微流體晶片上加工納米通道的
方法。
背景技術：
由於納米通道結構的尺寸效應、比表面積效應及管道內外的特殊的物理化學性 質，納米通道技術在化學、生物分子檢測和分離等方面提供了一個新的手段。隨著多種納米 通道加工技術的出現，一些相關技術逐漸在醫藥、環境監控及國土安全等諸多領域獲得了 一定的應用。
目前，較為成熟的納米通道加工技術主要有採用自然態的通道，如生物膜離子通
道；用各種材料人工合成的通道，如碳納米管、陣列式納米通道；以及基於電子束光刻、相
幹刻蝕、自組裝等納米通道加工方法。另外，最近還有關於採用塌陷、開裂等方法在PDMS表
面產生納米通道的研究的報導。 但是，上述方法存在以下缺點 1、工藝複雜，成本高。如基於電子束光刻、相干刻蝕、自組裝等納米通道加工方法
加工程序複雜，加工設備昂貴，晶片不能多次重複使用，因此導致加工成本很高。 2、納米通道無法方便地和現有的微流體晶片集成，從而限制了納米通道技術的廣
泛應用。目前的微流體晶片大都是採用軟光刻的加工方法，採用PDMS與玻璃相鍵合的方法
加工而成。現有的納米通道加工技術很難將納米通道集成到PDMS晶片上。 因此，非常有必要發展一種簡便且易於和現有微流體晶片相集成的納米通道加工
方法。這對於納米通道技術的發展和廣泛應用具有十分重要的意義。

發明內容
為解決現有微流體晶片納米通道加工技術存在的上述問題，本發明的目的是提供 一種可快速、方便的直接在微米級通道的基礎上實現不同結構的納米級通道，且根據需要， 納米通道可方便地與現有的微流體晶片集成的納米通道加工方法。 為了達到上述目的，本發明的技術方案如下一種在微流體晶片上加工納米通道 的方法包括如下步驟 A、採用光刻技術(lithography)，即通過列印通道為微米級的掩模、使用SU-8負 光刻膠，通過紫外曝光在矽基晶片上加工出具有主通道和混合液注入通道的陽膜，然後在 晶片上澆注聚二甲基矽氧烷(PDMS)，採用恆溫真空爐，在70 8(TC條件下固化3 4個小 時；將PDMS與晶片剝離，並在主通道的兩端各打一個緩衝液儲液孔、在混合液注入通道的 頂端打一個混合液儲液孔；採用空氣等離子體的方法，將帶有凹通道的PDMS與玻璃底片進 行封接，從而形成具有微米級通道的晶片； B、將液體PDMS與固化劑以10 : l的比率混合成混合液，置於真空爐中除氣後，再 置於冰箱中保鮮17 24小時，以獲得合適的粘度；
C、將晶片置於熱板上，調節上方的顯微鏡，以保證能完整的觀察到晶片通道；
D、將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液注滿到混合液儲液孔中，使混合 液沿混合液注入通道流入到主通道中； E、隨著混合液緩慢流出混合液注入通道的出口 ，當距離主通道的下壁面3 4 ii m 時，立即在2個緩衝液儲液孔中加入等量的緩衝液； F、將步驟A中打混合液儲液孔時留下的圓柱狀PDMS塞入混合液儲液孔中，並用透 明膠固定、密封；同時，將2個緩衝液儲液孔用透明膠密封；輕輕用力擠壓混合液儲液孔，保 證主通道中的混合液緊密接觸主通道的下壁面；與此同時，調整熱板的溫度到7(TC，加熱 10分鐘，固化主通道內的PDMS ;當PDMS完全固化後，就會在緊靠主通道的下壁面處形成一 定長度的納米級通道。 本發明所述的步驟D :將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液沿混合液注入 通道(2)流入到主通道(1)中；所述的步驟E :在緩衝液儲液孔(3)中加入適量的緩衝液； 所述的步驟F:擠壓混合液儲液孔(4)，保證主通道(1)中的混合液緊密接觸主通道(1)的 下壁面，同時調整熱板的溫度到7(TC，加熱10分鐘，固化主通道(1)內的PDMS。
本發明所述的主通道的寬度H1為150 200iim，混合液注入通道的寬度H2為 300 400 ii m，混合液注入通道出液口距離主通道的下壁面高度H3為5 10 ii m，緩衝液儲 液孔的半徑Rl為2000 2500 ii m，混合液儲液孔的半徑R2為2500 3000 y m，出液口左 右臺肩L2為20 30iim。 本發明所述的緩衝液是pH值為8 9的硼酸鹽緩衝液。
本發明所述的液體PDMS是Sylgard 184矽樹脂。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果 1、由於本發明通過注入微量液體PDMS與固化劑混合液形成納米通道，因此，加工 十分簡單、方便和快速； 2、本發明可根據需要，結合不同的晶片結構設計，實現不同結構的納米通道，因此 是一種通用的方法； 3、由於本發明是通過預設混合液注入通道出液口 ，在現有的微米級通道的基礎上 形成納米通道，且納米通道與晶片的集成是自然而成的，這是現有其它獲得納米結構微流 體晶片加工方法所無法比擬的； 4、通過不同的微通道設計，本發明可方便產生不同形狀和長度的納米通道，還可 用於納米顆粒計數、生物分子檢測和分離等。


本發明有附圖2張，其中 圖1是微流體晶片掩模結構示意圖； 圖2是微流體晶片示意圖。 1 、主通道，2、混合液注入通道，3、緩衝液儲液孔，4、混合液儲液孔，5、玻璃底片，6、 帶有凹通道的PDMS。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行進一步地描述。如圖1-2所示，一種在微流體晶片上 加工納米通道的方法包括如下步驟 A、採用光刻技術(lithography)，即通過列印通道為微米級的掩模、使用SU_8負 光刻膠，通過紫外曝光在矽基晶片上加工出具有主通道1和混合液注入通道2的陽膜，然後 在晶片上澆注聚二甲基矽氧烷(PDMS)，採用恆溫真空爐，在70 8(TC條件下固化3 4個 小時；將PDMS與晶片剝離，並在主通道1的兩端各打一個緩衝液儲液孔3、在混合液注入通 道2的頂端打一個混合液儲液孔4 ;採用空氣等離子體的方法，將帶有凹通道的P匿S6與玻 璃底片5進行封接，從而形成具有微米級通道的晶片；所述的主通道1的寬度Hl為150 200 ii m，混合液注入通道2的寬度H2為300 400 y m，混合液注入通道2出液口距離主通 道1的下壁面高度H3為5 10 ii m，緩衝液儲液孔3的半徑Rl為2000 2500 y m，混合液 儲液孔4的半徑R2為2500 3000 y m，出液口左右臺肩L2為20 30 y m。
B、將液體PDMS與固化劑以10 : l的比率混合成混合液，置於真空爐中除氣後，再 置於冰箱中保鮮17 24小時，以獲得合適的粘度；所述的液體PDMS是Sylgard 184矽樹 脂。 C、將晶片置於熱板上，調節上方的顯微鏡，以保證能完整的觀察到晶片通道；
D、將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液注滿到混合液儲液孔4中，使混合 液沿混合液注入通道2流入到主通道1中； E、隨著混合液緩慢流出混合液注入通道2的出口 ，當距離主通道1的下壁面3 4 ii m時，立即在2個緩衝液儲液孔3中加入等量的緩衝液；所述的緩衝液是pH值為8 9 的硼酸鹽緩衝液。 F、將步驟A中打混合液儲液孔4時留下的圓柱狀PDMS塞入混合液儲液孔4中，並 用透明膠固定、密封；同時，將2個緩衝液儲液孔3用透明膠密封；輕輕用力擠壓混合液儲 液孔4，保證主通道1中的混合液緊密接觸主通道1的下壁面；與此同時，調整熱板的溫度 到7(TC，加熱10分鐘，固化主通道1內的PDMS ;當PDMS完全固化後，就會在緊靠主通道1 的下壁面處形成一定長度的納米級通道。 本發明的另一個實施例是步驟A、 B、 C同上，步驟D、 E、 F如下 D :將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液沿混合液注入通道(2)流入到主
通道(1)中; E :在緩衝液儲液孔(3)中加入適量的緩衝液； F :擠壓混合液儲液孔(4)，保證主通道(1)中的混合液緊密接觸主通道(1)的下 壁面，同時調整熱板的溫度到7(TC，加熱10分鐘，固化主通道(1)內的PDMS。
權利要求
一種在微流體晶片上加工納米通道的方法，其特徵在於包括如下步驟A、採用光刻技術(lithography)，即通過列印通道為微米級的掩模、使用SU-8負光刻膠，通過紫外曝光在矽基晶片上加工出具有主通道(1)和混合液注入通道(2)的陽膜，然後在晶片上澆注聚二甲基矽氧烷(PDMS)，採用恆溫真空爐，在70～80℃條件下固化3～4個小時；將PDMS與晶片剝離，並在主通道(1)的兩端各打一個緩衝液儲液孔(3)、在混合液注入通道(2)的頂端打一個混合液儲液孔(4)；採用空氣等離子體的方法，將帶有凹通道的PDMS(6)與玻璃底片(5)進行封接，從而形成具有微米級通道的晶片；B、將液體PDMS與固化劑以10∶1的比率混合成混合液，置於真空爐中除氣後，再置於冰箱中保鮮17～24小時，以獲得合適的粘度；C、將晶片置於熱板上，調節上方的顯微鏡，以保證能完整的觀察到晶片通道；D、將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液注滿到混合液儲液孔(4)中，使混合液沿混合液注入通道(2)流入到主通道(1)中；E、隨著混合液緩慢流出混合液注入通道(2)的出口，當距離主通道(1)的下壁面3～4μm時，立即在2個緩衝液儲液孔(3)中加入等量的緩衝液；F、將步驟A中打混合液儲液孔(4)時留下的圓柱狀PDMS塞入混合液儲液孔(4)中，並用透明膠固定、密封；同時，將2個緩衝液儲液孔(3)用透明膠密封；輕輕用力擠壓混合液儲液孔(4)，保證主通道(1)中的混合液緊密接觸主通道(1)的下壁面；與此同時，調整熱板的溫度到70℃，加熱10分鐘，固化主通道(1)內的PDMS；當PDMS完全固化後，就會在緊靠主通道(1)的下壁面處形成一定長度的納米級通道。
2. 根據權利要求1所述的一種在微流體晶片上加工納米通道的方法，其特徵在於所 述的步驟D :將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液沿混合液注入通道(2)流入到主 通道(1)中；所述的步驟E :在緩衝液儲液孔(3)中加入適量的緩衝液；所述的步驟F :擠壓 混合液儲液孔(4)，保證主通道(1)中的混合液緊密接觸主通道(1)的下壁面，同時調整熱 板的溫度到70。C，加熱10分鐘，固化主通道(1)內的PDMS。
3. 根據權利要求1所述的一種在微流體晶片上加工納米通道的方法，其特徵在於 所述的主通道(1)的寬度H1為150 200iim，混合液注入通道(2)的寬度H2為300 400 ii m，混合液注入通道(2)出液口距離主通道(1)的下壁面高度H3為5 10 ii m，緩衝液 儲液孔(3)的半徑Rl為2000 2500 y m，混合液儲液孔(4)的半徑R2為2500 3000 y m， 出液口左右臺肩L2為20 30iim。
4. 根據權利要求1所述的一種在微流體晶片上加工納米通道的方法，其特徵在於所 述的緩衝液是pH值為8 9的硼酸鹽緩衝液。
5. 根據權利要求1所述的一種在微流體晶片上加工納米通道的方法，其特徵在於所 述的液體PDMS是Sylgard 184矽樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種在微流體晶片上加工納米通道的方法，包括如下步驟先製備具有混合液注入通道和主通道的微米級通道的晶片，再將具有合適粘度的液體PDMS與固化劑混合液注滿到混合液儲液孔中，使混合液沿混合液注入通道流入到主通道中，當距離主通道的下壁面3～4μm時，立即在緩衝液儲液孔中加入等量的緩衝液，將圓柱狀PDMS塞入混合液儲液孔中，並用透明膠密封混合液儲液孔和緩衝液儲液孔，當PDMS完全固化後，就會在緊靠主通道的下壁面處形成一定長度的納米級通道。本發明加工十分簡單、方便和快速；可根據需要，結合不同的晶片結構設計，實現不同結構的納米通道，且納米通道與晶片的集成是自然而成的，因此是一種通用的方法。
文檔編號B81C1/00GK101774532SQ20101010329
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月29日 優先權日2010年1月29日
發明者宋永欣, 李冬青 申請人:大連海事大學