一種柔性微通道制備方法技術

本發明專利技術提供一種柔性微通道制備方法，采用光刻膠輔助3D打印制備柔性微通道，包括：采用計算機繪制通道模型，并使用3D打印機對微通道模板進行打印；對打印完成后的微通道模板表面進行清潔；在進行清潔后的微通道模板的上表面旋涂光刻膠；采用紫外線曝光機固化光刻膠，獲得光滑的微通道模具；在光滑的微通道模具上澆筑液態聚二甲基硅氧烷(PDMS)與固化劑混合物；在烘箱中固化PDMS后，將固體PDMS與模具進行剝離，獲得柔性微通道。本發明專利技術方法具有工藝簡單、成本低、通道光滑度高等優點，能夠解決傳統3D打印制備微通道技術存在通道表面粗糙問題，適用于微流控芯片的快速和大規模制造。用于微流控芯片的快速和大規模制造。用于微流控芯片的快速和大規模制造。

【技術實現步驟摘要】
一種柔性微通道制備方法


[0001]本專利技術涉及微納加工
，具體而言，尤其涉及一種柔性微通道制備方法。

技術介紹

[0002]微流控技術是一種將流體控制在微米或納米級別的技術，利用微流控芯片中的微通道和微閥門，可以精確地控制微流體的流動、混合、分離和檢測等過程，具有操作簡便、高效、快速、低成本等優點。微流控技術廣泛應用于化學分析、生物檢測、醫學診斷、環境監測等領域。微流控芯片制造材料包括玻璃、硅、聚合物等，主要加工技術為光刻法、熱塑成型法和激光切割法。其中：
[0003]光刻法是利用紫外光等光源，在光敏材料上制作出微流道的圖案，然后通過化學或物理方法將圖案轉移到基底。這種方法可以制作出高精度、高密度的微流道結構，但需要昂貴的設備和復雜的工藝，并且難以制作三維的微流道。
[0004]熱塑成型法則是利用熱塑性聚合物在加熱和壓力的作用下發生變形，將預先制作好的微流道模具壓印到聚合物上，形成微流道結構。這種方法可以制作出低成本、大面積的微流控芯片，但難以控制微流道的深度和寬度，而且易受熱變形和應力松弛的影響。
[0005]激光切割法是利用激光束在聚合物或玻璃等材料上切割出微流道的輪廓，然后將兩層切割好的材料粘合起來，形成微流道結構。這種方法可以制作出任意形狀的微流道，不需要模具和光刻設備，但切割速度較慢，容易產生熱損傷和殘留應力。
[0006]3D打印微通道是一種結合微流控技術和3D打印技術的新型制造技術。利用3D打印技術，可以實現對微通道形狀、尺寸和復雜度的精確控制，從而快速制造微流控芯片。相對于傳統微加工技術，3D打印微通道具有制造速度快、成本低、設計靈活、可定制化等優點。根據其工藝流程，可分為三種：
[0007]直接成型法：使用立體光固化(SLA)3D打印技術直接在結構中完成微通道打印。然而，此方法對3D打印機的精度有極高要求，而通道內壁的粗糙度會影響流體流動和觀測，且芯片不可重復利用，需要重復打印和消耗更多耗材；
[0008]模具犧牲法：利用熔融沉積成型(FDM)3D打印技術使用可溶解的材料打印通道，再使用硅膠封裝并在固化后通過溶劑或高溫清理通道。然而，此方法存在打印精度低、犧牲材料難以完全清理和芯片不可重復使用的問題；
[0009]倒膜法：通過SLA或FAM打印技術打印微通道陽膜，并通過聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒膜獲得PDMS微通道。然而，3D打印的結構表面往往不夠光滑，會影響微通道的密封和觀測。此外，在SLA技術中，光敏樹脂固化后不耐高溫，容易熱變形，影響微通道成型效果，因此需要在低溫下固化PDMS，需要更長的時間。

技術實現思路

[0010]根據上述提出的技術問題，提供一種光刻膠輔助的3D打印制備柔性微通道的加工方法，使用3D打印機打印微通道模板，隨后向模板表面旋涂光刻膠進行表面修飾，待模板整
體固化處理后獲得微通道模具，澆筑脫膜PDMS獲得微流控芯片。
[0011]本專利技術采用的技術手段如下：
[0012]一種柔性微通道制備方法，采用光刻膠輔助3D打印制備柔性微通道，包括：
[0013]采用計算機繪制通道模型，并使用3D打印機對微通道模板進行打印；
[0014]對打印完成后的微通道模板表面進行清潔；
[0015]在進行清潔后的微通道模板的上表面旋涂光刻膠；
[0016]采用紫外線曝光機固化光刻膠，獲得光滑的微通道模具；
[0017]在光滑的微通道模具上澆筑液態PDMS與固化劑混合物；
[0018]在烘箱中固化PDMS后，將固體PDMS與模具進行剝離，獲得柔性微通道。
[0019]進一步地，所述采用計算機繪制通道模型，并使用3D打印機對微通道模板進行打印，包括：
[0020]使用計算機繪圖軟件設計繪制微通道模板圖紙；
[0021]將繪制的微通道模板圖紙以.stl文件格式導入切片軟件中，進行切片處理；
[0022]設置曝光參數；
[0023]使用SLA打印機完成微通道模板的打印。
[0024]進一步地，所述對打印完成后的微通道模板表面進行清潔，包括：
[0025]使用95％的酒精對3D打印的微通道模板浸泡10～20min；
[0026]采用超聲將浸泡后的微通道模板震蕩3～5min，去除微通道模板表面殘留的未固化材料。
[0027]進一步地，所述在進行清潔后的微通道模板的上表面旋涂光刻膠，包括：
[0028]將完成表面清潔的微通道模板通過真空負壓吸附于旋涂機上，使用旋涂機在微通道模板的表面旋涂光刻膠，使光刻膠均勻覆蓋微通道模板的表面。
[0029]進一步地，所述采用紫外線曝光機固化光刻膠，獲得光滑的微通道模具，包括：
[0030]將完成旋涂光刻膠后的微通道模板放入紫外線曝光機中，對旋涂的光刻膠進行固化處理；
[0031]將完成曝光后的微通道模板從紫外線曝光機中取出，獲得光滑的微通道模具。
[0032]進一步地，所述在光滑的微通道模具上澆筑液態PDMS與固化劑混合物，包括：
[0033]將光滑的微通道模具固定在培養皿中，向培養皿中添加液態PDMS與固化劑混合物；
[0034]控制添加到培養皿中的液態PDMS與固化劑混合物的液面高度在距離通道模具上表面處3mm，并靜置20min。
[0035]進一步地，所述在烘箱中固化PDMS后，將固體PDMS與模具進行剝離，獲得柔性微通道，包括：
[0036]將培養皿連同微通道模具和液態PDMS與固化劑混合物放置于烘箱中，將液態PDMS與固化劑混合物變成固體PDMS；
[0037]將微通道制備裝置從烘箱中取出，冷卻至室溫；
[0038]采用L型剝離法將固體PDMS與微通道模板剝離；
[0039]將固體PDMS在儲液池處打孔，作為液體的入口和出口；
[0040]將固體PDMS和載玻片一并放入等離子清洗機進行氧等離子表面處理；
[0041]將固體PDMS和載玻片從等離子清洗劑中取出并貼合，得到通道內表面光滑且密封性優良的微通道。
[0042]較現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
[0043]1、本專利技術提供的柔性微通道制備方法，制作的微流控芯片可擁有復雜可控的結構，且加工過程簡單快速、成本低、結構精確可控。
[0044]2、本專利技術提供的柔性微通道制備方法，制備工藝簡單，無需復雜的儀器和嚴格地實驗室條件，可以快速、高效、成批量生產適用于各種應用場景的微通道。
[0045]3、本專利技術提供的柔性微通道制備方法，能夠解決現有3D打印微通道模具技術中，模具表面粗糙影響觀測并容易泄露的問題。
[0046]4、本專利技術提供的柔性微通道制備方法，可以與微流控技術相結合，為復雜結構微通道的制備提供一種快速、高效的制備方法，不需要復雜的儀器與苛刻的實驗條件，本專利技術所提供的方法可以成批量、低成本的生產PDMS微通道，有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種柔性微通道制備方法，其特征在于，采用光刻膠輔助3D打印制備柔性微通道，包括：采用計算機繪制通道模型，并使用3D打印機對微通道模板進行打印；對打印完成后的微通道模板表面進行清潔；在進行清潔后的微通道模板的上表面旋涂光刻膠；采用紫外線曝光機固化光刻膠，獲得光滑的微通道模具；在光滑的微通道模具上澆筑液態PDMS與固化劑混合物；在烘箱中固化PDMS后，將固體PDMS與模具進行剝離，獲得柔性微通道。2.根據權利要求1所述的柔性微通道制備方法，其特征在于，所述采用計算機繪制通道模型，并使用3D打印機對微通道模板進行打印，包括：使用計算機繪圖軟件設計繪制微通道模板圖紙；將繪制的微通道模板圖紙以.stl文件格式導入切片軟件中，進行切片處理；設置曝光參數；使用SLA打印機完成微通道模板的打印。3.根據權利要求1所述的柔性微通道制備方法，其特征在于，所述對打印完成后的微通道模板表面進行清潔，包括：使用95％的酒精對3D打印的微通道模板浸泡10～20min；采用超聲將浸泡后的微通道模板震蕩3～5min，去除微通道模板表面殘留的未固化材料。4.根據權利要求1所述的柔性微通道制備方法，其特征在于，所述在進行清潔后的微通道模板的上表面旋涂光刻膠，包括：將完成表面清潔的微通道模板通過真空負壓吸附于旋涂機上，使用旋涂機在微通道模板的表面旋涂光刻膠，使光刻膠...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋永欣，韓小石，李夢琪，
申請(專利權)人：大連海事大學，
類型：發明
國別省市：