理论教育 微流控芯片制作的方法及其应用探析

微流控芯片制作的方法及其应用探析

时间:2023-06-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:微流控芯片的制作方法主要有光刻法、模塑法、热压法、激光刻蚀法及其他加工方法。图5.3 模塑法制作微通道芯片热压法 是一种能够对微流控芯片进行快速复制的技术,即是将聚合物的板材放于带有微通道结构的模具上加热使其软化,加压保持一段时间,在压力的作用下,将模具与芯片冷却至低于玻璃化转变温度进行脱模,即可在聚合物基片上制作出微管道。

微流控芯片制作的方法及其应用探析

微流控芯片的制作方法主要有光刻法、模塑法、热压法、激光刻蚀法及其他加工方法。

(1)光刻法[32]经典的光刻技术起源于制作半导体集成电路芯片所广泛使用的光刻和刻蚀技术,使用光胶、掩模和紫外光进行微制造(图5.2),已广泛用于硅、玻璃及石英等基片材料上制作微结构。而在实际光刻过程中,常在基片上沉积一层薄膜作为牺牲层如铬层,再在牺牲层上涂抹光刻胶,这样可以提高刻蚀的选择性,更好地对基片进行保护,使得到的模板更加精确。如研究者在玻璃基底上沉积铬层作为牺牲层,以紫外光进行刻蚀,可制作深度为几十纳米的芯片管道[33]

图5.2 光刻法制作玻璃模板

(2)模塑法[34]即使用光刻或其他刻蚀技术制作出阳模,然后在阳模上浇注液态高分子材料,经固化后高分子材料与阳模脱离,就得到具有微通道的基片,其与盖片封合后,就制得高分子聚合物微流控芯片(图5.3)。早在1998年,就有报道在进样孔处放置小柱作为阳模,经浇注制作微芯片[35]

图5.3 模塑法制作微通道芯片(www.daowen.com)

(3)热压法 是一种能够对微流控芯片进行快速复制的技术,即是将聚合物的板材放于带有微通道结构的模具上加热使其软化,加压保持一段时间,在压力的作用下,将模具与芯片冷却至低于玻璃化转变温度进行脱模,即可在聚合物基片上制作出微管道(图5.4)。适合该方法的聚合物材料需是热塑性聚合物,P MMA和P C材料皆适合此方法。不过也有报道使用一些聚合颗粒在硅板阳模上进行热压操作,制作芯片结构[36]

(4)激光刻蚀法[37]是使用激光直接在金属、塑料、玻璃等材料加热形成复杂的微结构(图5.5),这是一种非接触的加工方式。具体原理是通过显微物镜和光刻掩膜将激光聚焦到可光解的高分子材料基片表面,在特定区域发生激光溅射,形成微通道。可以通过调整激光强度和基片表面所接收到的激光脉冲数,控制激光烧蚀的深度,从而得到一定深度微通道的芯片。

图5.4 热压法制作芯片

图5.5 激光刻蚀法制作芯片

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