一種微流控芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控領(lǐng)域，特別涉及微流控芯片的結(jié)構(gòu)與制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微流控芯片技術(shù)在生物、醫(yī)學、化學等檢測領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用，芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能也愈加復雜，因而其制造難度也在逐漸增加。例如，某些芯片要求在內(nèi)部預(yù)封裝某些凍干或風干的試劑;某些芯片要求在內(nèi)部嵌入各類物質(zhì)如石蠟、柔性膜等;而某些芯片內(nèi)部具有光學檢測腔體，要求檢測腔體位置處達到光學鏡面級別，等等。這些都對目前現(xiàn)有的芯片鍵合技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，使得現(xiàn)有芯片鍵合工藝難以滿足要求，現(xiàn)簡述如下:
[0003]熱壓鍵合法是最常用的一種鍵合方式，其原理是在接近材料玻璃化溫度下，對兩結(jié)合面施加一定的正向壓力(通常為亞Mpa級別)，使得兩面通過分子力結(jié)合在一起的方法。它的優(yōu)勢是實現(xiàn)簡單，制作容易，無需復雜設(shè)備。然而，在接近玻璃化的溫度情況下，大部分需要嵌入到芯片內(nèi)部試劑都將失效，同時，高溫使得芯片的內(nèi)部流道、腔體等形狀結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，使得本應(yīng)具有的光學平面發(fā)生變形。另外，熱壓鍵合法還具有鍵合強度不足(通常幾十psi)，容易開裂，可靠性差等缺點，只能適用于一般要求不高的微流控芯片鍵合。
[0004]超聲鍵合法是另一種常用的鍵合方式，它在制作微流控芯片時，同時制作一些凸起的“筋”，有些人稱之為微導能結(jié)構(gòu)。在鍵合時，將上下微流控芯片基板對齊壓合后，通過超聲產(chǎn)生的局部高溫熔融該微導能結(jié)構(gòu)，進而使上下微流控芯片基板在熔融位置“焊接”起來。超聲鍵合法的優(yōu)勢在于其鍵合強度高(亞MPa級別)，缺點是超聲的穿透力不足，當鍵合厚度超過一定值時(例如，5mm)，超聲能量將因材料的阻擋而銳減，導致鍵合不上。同時，鍵合部位的高溫將產(chǎn)生熱變形，使得附近的微流道變形。
[0005]膠粘鍵合法是一種采用液體膠或固體膠對微流控芯片進行鍵合的方式，其鍵合過程是在常溫下，在微流控芯片各基板層之間充滿膠后壓合并等待膠凝固。此鍵合方法可獲得較高的強度，但殘留的膠溶液堵塞溝道。同時，對于需要預(yù)先封裝凍干試劑的芯片來說，膠水會與試劑直接接觸，導致試劑失效。
[0006]溶劑鍵合法與液體膠粘法相似，不過其使用的是一種具有揮發(fā)性的輔助溶劑。該鍵合方法具有膠粘鍵合法的高鍵合強度優(yōu)勢，同時，由于鍵合溶劑的揮發(fā)性，鍵合完成之后流道不會堵塞。同樣，此鍵合工藝對于需要預(yù)先封裝凍干試劑的微流控芯片同樣不合適。同時，溶劑鍵合法會腐蝕微流控芯片流道和腔體，增大了表面粗糙度。
[0007]由此可見，上述四種鍵合方法各有優(yōu)缺點，但都會對微流控芯片內(nèi)部流道、腔體和需要預(yù)先封裝的試劑產(chǎn)生一定的損害，甚至會導致芯片不可用，影響了微流控芯片。如果能夠發(fā)明一種結(jié)構(gòu)與制造方法，該方法能夠常溫下操作，在實現(xiàn)高強鍵合的同時，同時鍵合溶液還不會與微流控流道、腔體和需要預(yù)先封裝的試劑接觸，進而保證流道、腔體和預(yù)先封裝的試劑的完整性，對于微流控芯片的制作與發(fā)展，以及微流控芯片向醫(yī)學檢測臨床應(yīng)用將具有非常積極意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了克服前面所述的幾種鍵合工藝制備微流控芯片的不足，采用在微流控芯片兩鍵合表面制作出一種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)，該微結(jié)構(gòu)形成一系列閉合的回路;在鍵合時，只有在這種特殊的輔助鍵合微結(jié)構(gòu)內(nèi)充滿鍵合溶液;這樣，在所有輔助鍵合微結(jié)構(gòu)處，相鄰兩塊微流控芯片基板都被牢固的鍵合在一起;而其他位置則不會與鍵合溶液接觸，進而保持原始形貌；由于此鍵合方法可以采用粘接膠水和鍵合溶劑等作為鍵合溶液，因此可以實現(xiàn)高鍵合強度。
[0009]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種微流控芯片的結(jié)構(gòu)，包括:
[0010]第一鍵合元件，該元件具有第一和第二表面，其中至少所述表面之一包含微結(jié)構(gòu)；[0011 ]第二鍵合元件，該元件具有有第一和第二表面，其中所述第二鍵合元件與所述第一鍵合元件鍵合的表面包含與第一鍵合元件相互連通的微流體路徑；
[0012]鍵合溶液，用于將第一鍵合元件和第二鍵合元件鍵合；
[0013]以及輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)，其位于鍵合元件上非功能區(qū)域，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)用于注入和存儲鍵合溶液，使鍵合溶液形成閉合的回路；
[0014]其中，所述第一、第二鍵合元件，其材質(zhì)選自聚苯乙烯材料、聚碳酸脂材料或丙烯酸類聚合物材料中的一種；
[0015]所述鍵合溶液選自丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈，以及環(huán)氧膠中的一種；
[0016]所述微結(jié)構(gòu)為微流體路徑、微通道、微儲槽、微閥、微過濾器中的一種。
[0017]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)包括:
[0018]鍵合溶液注入孔，其為通孔，用于注入鍵合溶液；
[0019]輔助鍵合流道，其與鍵合溶液注入孔連通，用于鍵合溶液的流通和存儲；
[0020]輔助鍵合毛細結(jié)構(gòu)，其由輔助鍵合微毛細槽流道組成，用于促使鍵合溶液按目標流向流動；
[0021]以及排氣孔，其為通孔，其與輔助鍵合流道連通，用于排出流道中的氣體；
[0022]其中，所述輔助鍵合流道、輔助鍵合毛細結(jié)構(gòu)位于第一鍵合元件上非功能區(qū)域，且其所在表面為第一、第二鍵合元件的結(jié)合面，所述鍵合溶液注入孔、排氣孔位于第一鍵合元件或第二鍵合元件上非功能區(qū)域，且為通孔，并與輔助鍵合流道連通，鍵合時鍵合溶液從鍵合溶液注入孔進入，填充輔助鍵合流道和輔助鍵合毛細結(jié)構(gòu)后到達排氣孔。
[0023]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合微毛細槽流道為多組，所述輔助鍵合微毛細槽流道寬度值范圍為10?500μηι，長度范圍為Imm?5mm。
[0024]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合微毛細槽流道數(shù)量為5?20個。
[0025]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合流道與所述微流體路徑之間的距離為0.5?2mm，所述輔助鍵合流道的寬度值大于500μπι。
[0026]優(yōu)選的是，其進一步包含N個鍵合元件，其所具有的鍵合結(jié)合面為N-1個，所述N個鍵合元件通過所述N-1個鍵合結(jié)合面上的輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)和所述鍵合溶液鍵合。
[0027]本發(fā)明的另一個目的是提供一種微流控芯片的制備方法，包括如下步驟:
[0028]步驟(I):在一定的溫度下，將所需鍵合的鍵合元件按次序上下疊放并對齊后，施加一定的正向壓力，以保證相鄰的鍵合表面緊密接觸；
[0029]步驟(2):通過輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)的注入孔向鍵合元件結(jié)合面注入鍵合溶液，并充滿輔助鍵合流道和輔助鍵合毛細結(jié)構(gòu)，到達排氣孔位置；
[0030]步驟(3):保持鍵合壓力，靜置至鍵合完成。
[0031]優(yōu)選的是，所述步驟(I)中一定溫度指溫度范圍為O度至65度，在此溫度范圍內(nèi)，能保證鍵合溶液為液態(tài)，且鍵合元件不會因為高溫而發(fā)生形變。
[0032]優(yōu)選的是，一定溫度指溫度范圍為15度到30度，因為此溫度為室溫，不需要額外的開銷即可實現(xiàn)。所述一定的正向壓力范圍為5?20個psi。
[0033]優(yōu)選的是，所述步驟(3)中當鍵合溶液為環(huán)氧膠水，保持鍵合壓力，常溫靜置24h;當鍵合溶液為丙酮、丁酮、氯仿、二氯乙烷、乙腈中的一種時，保持鍵合壓力，常溫靜置時間5?30mino
[0034]優(yōu)選的是，所述輔助鍵合組合結(jié)構(gòu)至少設(shè)有一組。
[0035]優(yōu)選的是，所述微流體路徑、輔助鍵合