一種多層薄膜貼合的三維微流控芯片制作方法技術

本發明專利技術提供了一種多層薄膜貼合的三維微流控芯片制作方法，屬于微流控芯片技術領域；該方法采用分層構造的方式，依次在薄膜上加工出每層的微流道結構。再按照切片順序在芯片底面上進行貼合，制成三維薄膜微流控芯片。制作的三維微流控芯片擁有三維復雜可控的結構，具有加工過程靈活簡單、材料成本低、無需芯片鍵合設備等特點。采用本發明專利技術制成的三維微流控芯片，在生物醫學檢測領域具有大規模商業化應用的潛力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微流控芯片
，具體涉及一種使用多層薄膜貼合的三維微流控芯片的制作方法。
技術介紹
微流控芯片技術是把生物、化學、醫學分析過程中的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊芯片上，自動完成分析過程的技術。由于它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力，已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。微流控芯片特征主要是其容納流體的有效結構(通道、反應室和其它某些功能部件)至少在一個維度上為微米級尺度。由于微米級的結構，流體在其中顯示和產生了與宏觀尺度不同的特殊性能，從而采用微流控芯片具有使用傳統方法難以實現的優勢。微流控芯片具有液體流動可控、消耗試樣和試劑極少、分析速度快等特點，它可以在幾分鐘甚至更短的時間內進行上百個樣品的同時分析，并且可以即時實現樣品的預處理及分析全過程。目前微流控芯片的加工方法主要是通過光刻、熱壓等方法制作出表面具有微納米尺寸流道的芯片，然后將其與蓋片鍵合完成加工過程。由于加工方法的限制，目前光刻、熱壓等方法只能獲得平面的二維結構，難以獲得真正的三維流道。因而目前所使用的微流控芯片均以二維為主。而三維的微流道可以達到加快流體混合、提高通量等目的。如果在微流道內通入細胞培養液，使用三維微流道可以從各個方向對細胞進行培養、刺激、觀察等。因而三維微流道具有重要的應用價值。申請號為CN102962107A的中國專利技術專利申請公開了一種三維微流控芯片的制作方法，包括以下步驟：1)在工作臺面上澆注一層液態可固化樹脂，固化后形成芯片的底面；2)在芯片的底面上噴射可溶于溶劑的流道實體材料制備三維流道實體結構；3)在三維流道實體結構上澆注液態可固化樹脂，將三維流道實體結構包覆，固化后形成實體芯片；4)采用溶劑將實體芯片中的三維流道實體結構溶解，制得三維微流控芯片。這種方法通過三維打印出可溶性的三維微通道實體結構，但在實際制作過程中，存在著打印過程中三維微通道結構由于缺少必要的支撐，容易坍塌以及設計加工過程復雜等問題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種多層薄膜貼合的三維微流控芯片制作方法，采用分層構造的方式，在薄膜上依次加工出每層微流道的結構。然后按照切片順序在芯片底面上直接進行貼合，制成三維薄膜微流控芯片。通過這種方法制作的三維微流控芯片具有加工過程簡單、制作效率高、加工成本低、三維結構精確可控等特點。一種多層薄膜貼合的三維微流控芯片制作方法，作為本專利技術的優選實施例，包括以下步驟：步驟一：繪制三維微流道結構圖；步驟二：將三維微流道圖中的三維流道沿平行于芯片的底面方向進行逐層切片，依次得到每層流道形狀S1、S2、S3、S4……Sn，流道形狀S1～Sn依次按照切片順序進行貼合即可得到完整的三維微流道形狀；n表示切片總數，為大于1的自然數；步驟三：按照三維流道分層切片順序，依次在薄膜上加工流道形狀S1～Sn，得到每層的微流道結構。步驟四：另取一層薄膜，作為芯片的底面；步驟五：將流道形狀S1～Sn依次按照切片順序從芯片底面開始利用薄膜自帶的粘合層逐層進行貼合，制成三維薄膜微流控芯片；貼合過程中為了保證精度，使用預先加工在每層薄膜上的對準標志進行對準。步驟六：為加工完成的三維微流控芯片連接進出口處的軟管，完成整個加工過程。步驟一中，按照需求，設計繪制三維流道圖可通過計算機輔助設計軟件得到三維微流道圖。步驟三和步驟四中，作為本專利技術的優選實施例，能夠采用二氧化碳激光器，直接在具有粘合層的薄膜上加工出二維微流道以及順序標識、定位標識及方向標識。步驟五中，將加工好的每層二維微流道結構根據順序標識、定位標識及方向標識，逐層貼合即可。所使用的薄膜材料為單面或者雙面具有粘合層的聚合物材料。構成微流控芯片的每一層薄膜都具有貼合順序標識、定位標識及方向標識。所使用的薄膜材料通過自身所具有和粘合層完成各層之間的鍵合而不依賴其他鍵合手段或者設備。微流控芯片進出口連接有圓環狀微法蘭，并通過微法蘭連接軟管；微法蘭內徑等于三維微流控芯片進出口外徑。與現有技術相比，本專利技術所采用的多層薄膜貼合的三維微流控芯片的制作方法具有如下優點：加工過程靈活簡單、材料成本低、無需芯片鍵合設備、在生物醫學檢測等領域應用廣泛。附圖說明圖1為本專利技術的優選實施例，一種三維微流道的整體結構示意圖。圖2為本專利技術的優選實施例，一種三維微流道每層結構示意圖。圖3為本專利技術的優選實施例，一種三維微流控芯片的三維流道的透視圖。圖4為本專利技術的優選實施例，一種三維微流控芯片的三維流道的主視圖。圖5為本專利技術的優選實施例，一種三維微流控芯片的三維流道的俯視圖。圖6為本專利技術的優選實施例，一種三維微流控芯片的三維流道的左視圖。圖中：1、流道人口a，2、流道人口b，3、流道出口，4、定位標識a，5、為定位標識b，6、定位標識c，7、定位標識d，8、方向標識，9、順序標識。具體實施方式以下說明本專利技術的實施例。但下列實施例僅限于解釋本專利技術，本專利技術的保護范圍應包括權利要求的全部內容，而且通過以下實施例對該領域的技術人員即可以實現本專利技術權利要求的全部內容。實施例11)首先，使用CAD軟件設計繪制三維微流道圖，三維微流道圖如圖1所示，該三維微流道包括流道人口a1、流道人口b2、流道出口3，其中，流道人口a1、流道人口b2設置在三維微流道的一側，流道出口3設置在三維微流道的另一側；流道人口a1、流道人口b2對稱布置。2)使用CAD軟件對三維流道模型進行預處理，將三維流道圖中的三維流道沿平行于芯片底面的方向進行切片，采用等厚度切片，切片的厚度為0.5mm，切片層數為四層，加上一層底面，一共五層。選用厚度為0.5毫米的Microseal“B”粘性封膜作為單層薄膜材料。采用二氧化碳激光器，直接在每層薄膜上加工出二維微流道結及順序標識、定位標識及方向標識，形成如圖2所示的三維微流道每層微流道形狀的結構示意圖。該結構包括定位標識a4、定位標識b5、定位標識c6、定位標識d7、方向標識8、順序標識9，定位標識a4、定位標識b5、定位標識c6、定位標識d7設置在四周，方向標識8、順序標識9設置在表面上。3)根據加工好的每層薄膜上的定位標識、方向標識、順序標識進行逐層貼合。具體操作就是現將薄膜背面的粘合層的封模本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多層薄膜貼合的三維微流控芯片制作方法，其特征在于：本方法包括以下步驟：步驟一：繪制三維微流道結構圖；步驟二：將三維微流道圖中的三維流道沿平行于芯片的底面方向進行逐層切片，依次得到每層流道形狀S1、S2、S3、S4……Sn，流道形狀S1～Sn依次按照切片順序進行貼合即可得到完整的三維微流道形狀；n表示切片總數，為大于1的自然數；步驟三：按照三維流道分層切片順序，依次在薄膜上加工流道形狀S1～Sn，得到每層的微流道結構；步驟四：另取一層薄膜，作為芯片的底面；步驟五：將流道形狀S1～Sn依次按照切片順序從芯片底面開始利用薄膜自帶的粘合層逐層進行貼合，制成三維薄膜微流控芯片；貼合過程中為了保證精度，使用預先加工在每層薄膜上的對準標志進行對準；步驟六：為加工完成的三維微流控芯片連接進出口處的軟管，完成整個加工過程。

【技術特征摘要】
1.一種多層薄膜貼合的三維微流控芯片制作方法，其特征在于：
本方法包括以下步驟：
步驟一：繪制三維微流道結構圖；
步驟二：將三維微流道圖中的三維流道沿平行于芯片的底面方向
進行逐層切片，依次得到每層流道形狀S1、S2、S3、S4……Sn，流
道形狀S1～Sn依次按照切片順序進行貼合即可得到完整的三維微流
道形狀；n表示切片總數，為大于1的自然數；
步驟三：按照三維流道分層切片順序，依次在薄膜上加工流道形
狀S1～Sn，得到每層的微流道結構；
步驟四：另取一層薄膜，作為芯片的底面；
步驟五：將流道形狀S1～Sn依次按照切片順序從芯片底面開始
利用薄膜自帶的粘合層逐層進行貼合，制成三維薄膜微流控芯片；貼
合過程中為了保證精度，使用預先加工在每層薄膜上的對準標志進行
對準；
步驟六：為加工完成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范一強，高峰，張亞軍，
申請(專利權)人：北京化工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11