專利名稱：塑料微流控分析芯片的封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料微流控分析芯片的封裝方法，利用聚二甲基硅氧烷(PDMSPolydimethylsiloxane)與塑料之間的自然親和性，無需粘接劑而完成芯片的封裝，屬于微機電系統(tǒng)(MEMSMicro Electro Mechanical Systems)和分析檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微流控分析(Microfluidic analysis)又稱為芯片實驗室(Lab on a chip)，是近年來迅速崛起的一種微分離分析方法。這種新方法的核心技術(shù)在于微流控分析芯片的制備。早期人們主要采用一些無機材料(如硅、石英、玻璃和陶瓷等)，利用光刻和化學(xué)蝕刻技術(shù)制備微流控分析芯片(Seiler K.，et al，Anal.Chem.，1993，65，1481-1488.)。這種芯片散熱和光學(xué)性能好，分離效率高，已用于DNA序列分析，多肽和蛋白質(zhì)分析，藥物和環(huán)境污染物分析。但是，無機基質(zhì)芯片制備步驟繁多，通道形狀及尺寸難以準(zhǔn)確的控制，封裝難度大，不能批量生產(chǎn)，故價格昂貴。近年來，人們將微流控分析芯片制備材料轉(zhuǎn)向高分子化合物(如聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯和硅橡膠等)，主要利用微復(fù)制技術(shù)(如熱壓和澆鑄等)制備芯片(Martynova L.，et al.，Anal.Chem.，1997，69，4783-4789.；Duffy DC.，et al.，Anal.Chem.，1998，70，4974-4984.)。
塑料材料價格便宜，有良好的絕緣性，可施加高電場實現(xiàn)快速分離，成形容易，批量生產(chǎn)成本低，易獲得高深寬比的微結(jié)構(gòu)，且電滲流與溶液的pH值基本無關(guān)，具有廣闊的應(yīng)用前景，已引起國內(nèi)外極大的關(guān)注。但其熱封裝后微通道變形仍是沒能很好解決的難題，雖然可以采用粘接方法，但粘接劑易堵塞微通道。
目前已有硅橡膠(PDMS)與玻璃進行封裝的相關(guān)專利，如“硅橡膠-玻璃永久粘合型微流控分析芯片的制備方法”(任吉存等，中國發(fā)明專利申請?zhí)?2 1 45102.8)。該發(fā)明沒有使用任何粘合劑實現(xiàn)了硅橡膠-玻璃芯片永久性粘合，具有制備工藝簡單，微通道保真度高，能批量生產(chǎn)等特點。但PDMS微流芯片采用澆鑄方法制備，其加工成本和加工周期均高于熱塑性塑料材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種塑料微流控分析芯片的封裝方法，以克服目前熱封裝方法微通道變形的問題和粘接方法的微通道堵塞問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先利用微復(fù)制技術(shù)將模板上的微通道圖案復(fù)制到熱塑性塑料片上，將聚二甲基硅氧烷(PDMS)預(yù)聚體與固化劑按比例混合，經(jīng)真空脫氣、澆鑄固化后制成PDMS薄片，然后利用聚二甲基硅氧烷與塑料之間的自然親和性，將復(fù)制了微通道的塑料基片和PDMS片貼合，在塑料基片外圍涂上紫外固化粘合劑后再貼一片塑料片組成三層結(jié)構(gòu)來增強封裝強度，經(jīng)紫外光照后，完成塑料芯片的封裝，得到永久封合的塑料微流控芯片。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、微通道圖案復(fù)制將含有微通道凸圖形的硅或金屬模具安裝在模壓機上，基板上放置一片0.8-2mm厚的塑料基片，塑料基片每條邊的尺寸大于模具8-10mm，升溫至140-170℃，施加1-5kN的壓力對熱塑性塑料進行模壓，保持60-120秒，冷卻至40-80℃脫模，取出復(fù)制有微通道圖形的塑料基片，然后根據(jù)微通道圖案在相應(yīng)位置鉆孔，得到具有通孔和微通道圖案的塑料基片。
本發(fā)明采用的熱塑性塑料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMAPolymethylene methacrylate)、聚苯乙烯(PSPolystyrene)、聚氯乙烯(PVCPolyvinylene chloride)、聚碳酸酯(PCPolycarbonate)等材料。
2、聚二甲基硅氧烷(PDMS)片的制備將PDMS預(yù)聚體與固化劑按10-15∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到不銹鋼模具上，再壓上一片玻璃片，在65-80℃下固化2-3小時后，將固化后的PDMS片從不銹鋼模具上揭下，切割成略小于模具大小備用。
3、封裝將含有微通道圖案的塑料片清洗、干燥，然后將PDMS薄片放置于塑料基片上并去除氣泡，在塑料基片外圍涂上紫外固化粘合劑，然后再貼一片塑料片組成三層結(jié)構(gòu)并固定，經(jīng)紫外光照5-10分鐘后，完成塑料芯片的封裝。
本發(fā)明工藝簡單，由于在室溫下進行封裝，微通道保真度高，沒有微通道的變形現(xiàn)象，PDMS薄片既作為密封材料，又阻止了粘合劑進入微通道，無微通道堵塞現(xiàn)象，得到的塑料微流控芯片具有很高的封裝強度。
具體實施例方式
以下通過幾個具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
實施例1(1)微通道圖案的復(fù)制將含有微通道凸圖形的硅或金屬模具安裝在模壓機上部，底部放置0.8mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片，PMMA基片每條邊的尺寸大于模具8mm，首先升高溫度到150℃，在1000N壓力下保持60秒，然后冷卻，降溫至60℃時脫模，打開腔體，取出復(fù)制有微通道圖形的PMMA基片，然后根據(jù)微通道圖案在相應(yīng)位置鉆孔，得到具有通孔和微通道圖案的PMMA基片。
(2)PDMS片的制備將PDMS預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與固化劑(V-3040B)按10∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到不銹鋼模具上，再壓上一片玻璃片，在65℃度下固化3小時后，將固化后的PDMS片從不銹鋼模具上揭下，切割成略小于模具大小備用，PDMS片的厚度約為0.6mm。
(3)封裝將復(fù)制有微通道的PMMA基片和PDMS片用丙酮、酒精、去離子水清洗干凈后，干燥，然后將PDMS薄片放置到PMMA基片上，再在PDMS薄片以外的PMMA基片上(PMMA基片外圍)涂上紫外固化粘合劑，將一片PMMA片貼到上面組成三明治結(jié)構(gòu)，并用夾子夾緊，置于低壓汞燈(6mW)下照射5分鐘，完成芯片封合。
實施例2(1)微通道圖案的復(fù)制將含有微通道凸圖形的硅或金屬模具安裝在模壓機上部，底部放置1.2mm厚的聚苯乙烯(PS)基片，PS基片每條邊的尺寸大于模具9mm。首先升高溫度到140℃，施加2000N力并保持90秒，然后冷卻至50℃時脫模，打開腔體，取出復(fù)制有微通道圖形的PS基片，然后根據(jù)微通道圖案在相應(yīng)位置鉆孔，得到具有通孔和微通道圖案的PS基片。
(2)PDMS片的制備將PDMS預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與固化劑(V-3040B)按12∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到不銹鋼模具上，再壓上一片玻璃片，在70℃下固化2.5小時后，將固化后的PDMS片從不銹鋼模具上揭下，切割成略小于模具大小備用，PDMS片的厚度約為0.8mm。
(3)封裝將復(fù)制有微通道的PS基片和用酒精、去離子水清洗干凈后，干燥，然后將PDMS薄片放置到PS基片上，再在PS基片外圍涂上紫外固化粘合劑，將另一片PS貼到上面組成三明治結(jié)構(gòu)，并用夾子夾緊，置于低壓汞燈(6mW)下照射7分鐘，完成芯片封合。
實施例3(1)微通道圖案的復(fù)制將含有微通道凸圖形的硅或金屬模具安裝在模壓機上部，底部放置1.5mm厚的聚碳酸酯(PC)基片，PC基片每條邊的尺寸大于模具10mm。首先升高溫度到170℃，施加5000N力并保持120秒，然后冷卻至80℃時脫模，打開腔體，取出復(fù)制有微通道圖形的PC基片，然后根據(jù)微通道圖案在相應(yīng)位置鉆孔，得到具有通孔和微通道圖案的PC基片。
(2)PDMS片的制備將PDMS預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與固化劑(V-3040B)按15∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到不銹鋼模具上，再壓上一片玻璃片，在80℃下固化2小時后，將固化后的PDMS片從不銹鋼模具上揭下，切割成略小于模具大小備用，PDMS片的厚度約為0.5mm。
(3)封裝將復(fù)制有微通道的PC基片和用酒精、去離子水清洗干凈后，干燥，然后將PDMS薄片放置到PC基片上，再在PC基片外圍涂上紫外固化粘合劑，將另一片PC貼到上面組成三明治結(jié)構(gòu)，并用夾子夾緊，置于低壓汞燈(6mW)下照射10分鐘，完成芯片封合。
實施例4(1)微通道圖案的復(fù)制將含有微通道凸圖形的硅或金屬模具安裝在模壓機上部，底部放置2mm厚的聚氯乙烯(PVC)基片，PVC基片每條邊的尺寸大于模具10mm。首先升高溫度到140℃，在2000N壓力下保持80秒，然后冷卻，降溫至40℃時脫模，打開腔體，取出復(fù)制有微通道圖形的PVC基片，然后根據(jù)微通道圖案在相應(yīng)位置鉆孔，得到具有通孔和微通道圖案的PVC基片。
(2)PDMS片的制備將PDMS預(yù)聚體(羅地亞公司產(chǎn)，V-3040A)與固化劑(V-3040B)按13∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到不銹鋼模具上，再壓上一片玻璃片，在75℃度下固化2.5小時后，將固化后的PDMS片從不銹鋼模具上揭下，切割成略小于模具大小備用，PDMS片的厚度約為0.7mm。
(3)封裝將復(fù)制有微通道的PVC基片和PDMS片用丙酮、酒精、去離子水清洗干凈后，干燥，然后將PDMS薄片放置到PVC基片上，再在PVC基片外圍涂上紫外固化粘合劑，將一片PVC片貼到上面組成三明治結(jié)構(gòu)，并用夾子夾緊，置于低壓汞燈(6mW)下照射8分鐘，完成芯片封合。
權(quán)利要求
1.一種塑料微流控分析芯片的封裝方法，其特征在于包括如下步驟1)微通道圖案復(fù)制將含有微通道凸圖形的硅或金屬模具安裝在模壓機上，基板上放置一片0.8-2mm厚的塑料基片，塑料基片每條邊的尺寸大于模具8-10mm，升溫至140-170℃，施加1-5kN的壓力對熱塑性塑料進行模壓，保持60-120秒，然后冷卻至40-80℃脫模，取出復(fù)制有微通道圖形的塑料基片，然后根據(jù)微通道圖案在相應(yīng)位置鉆孔，并用去離子水超聲清洗干凈，得到具有通孔和微通道圖案的塑料基片；2)聚二甲基硅氧烷片的制備將聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體與固化劑按10-15∶1比例混合，真空脫氣后，澆鑄到不銹鋼模具上，再壓上一片玻璃片，在65-80℃下固化2-3小時后，將固化后的聚二甲基硅氧烷片從不銹鋼模具上揭下，切割成略小于模具尺寸備用；3)封裝將含有微通道圖案的塑料片清洗、干燥，然后將聚二甲基硅氧烷片放置于塑料基片上并去除氣泡，在塑料基片外圍涂上紫外固化粘合劑，然后再貼一片塑料片組成三層結(jié)構(gòu)并固定，經(jīng)紫外光照5-10分鐘后，完成塑料芯片的封裝。
2.如權(quán)利要求1的塑料微流控分析芯片的封裝方法，其特征在于所述的熱塑性塑料是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚碳酸酯。
全文摘要
一種塑料微流控分析芯片的封裝方法，首先利用微復(fù)制技術(shù)將模板上的微通道圖案復(fù)制到塑料片上，然后將聚二甲基硅氧烷預(yù)聚體與固化劑按比例混合，經(jīng)真空脫氣、澆鑄固化后制成的聚二甲基硅氧烷薄片放置到塑料基片上，在塑料基片外圍涂上紫外固化粘合劑后，再貼一片塑料片組成三層結(jié)構(gòu)來增強封裝強度，經(jīng)紫外光照后，完成塑料芯片的封裝。本發(fā)明工藝簡單，微通道保真度高，沒有微通道的變形和堵塞現(xiàn)象，得到的塑料微流控芯片具有很高的封裝強度。
文檔編號C12Q1/68GK1557967SQ20041001623
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月12日
發(fā)明者李建華, 陳迪, 劉景全, 朱軍, 李以貴 申請人:上海交通大學(xué)