專利名稱：一種用于生物醫(yī)學(xué)流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)和制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)及其
制作方法，更具體地，涉及一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微加工技 術(shù)制作的用于生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
微型化生物化學(xué)分析系統(tǒng)由于其靈敏度高、選擇性好、成本低、 體積小等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、門診、法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前 景和巨大的巿場(chǎng)空間。微型化生物分析系統(tǒng)通常需要將用于樣品純 化、混合、擴(kuò)增、分配的微流體生物芯片和生化測(cè)量單元進(jìn)行高度集 成。在進(jìn)行樣品的處理、制備和擴(kuò)增的過(guò)程中，由于微流體樣品溶液 的量很少，如果密封不好，則在一定的溫度和濕度條件下很容易被蒸 發(fā)。因此，需要一種可靠的密封結(jié)構(gòu)對(duì)微流體進(jìn)行密封。
對(duì)微流體的密封通常釆用兩種方式， 一種是可逆密封，另一種是 不可逆密封。不可逆密封通常是利用微加工技術(shù)中的鍵合等方式實(shí)現(xiàn) 的。通過(guò)不可逆密封方法對(duì)微流體進(jìn)行密封所獲得的產(chǎn)品在可靠性、 可控性、以及可重復(fù)性等方面存問(wèn)題。而利用聚合物材料進(jìn)行可逆密 封具有快速易行、可在室溫條件下完成等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的可逆密封 材料是PDMS,即聚二甲基硅氧烷，俗稱硅橡膠。通常進(jìn)行可逆密封 的方式是將密封結(jié)構(gòu)直接制備在流體倉(cāng)上面。對(duì)于復(fù)雜的生物流體系 統(tǒng)(如在密封的一邊需要制作電極等結(jié)構(gòu))，上述可逆密封方法有很 大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種新的可逆密封結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法，利用該結(jié)構(gòu)不 但可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)可控的密封，而且可以對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖案化，在密封的一端制作電極等功能單元。從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜流體芯片的靈活性和實(shí) 用性。
具體地，本發(fā)明的一方面提供一種生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密
封結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)襯底、微流體溝道和流體反應(yīng)倉(cāng)、PDMS密封
本發(fā)明的另 一方面提供一種制作生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密 封結(jié)構(gòu)的方法，包括
在第一襯底上制作圖案化的PDMS密封層；
在第二襯底上制作微流體溝道和微流體反應(yīng)倉(cāng)等流體控制和處 理功能器件；以及
釆用適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)搡作方式，進(jìn)行微流體芯片的可逆密封。
其中，在第一襯底上制作圖案化的PDMS密封層時(shí)，由于可以 對(duì)PDMS進(jìn)行圖形化，可以在第一襯底上同時(shí)集成微電極、微傳感 器等功能單元。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在第二襯底上制作的所述流體溝道和 反應(yīng)倉(cāng)的厚度為10-1000)im。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一襯底上的所述PDMS是 l-10)im厚的薄層，對(duì)該薄層進(jìn)行圖案化可以通過(guò)釆用等離子體干法 或者其他刻蝕方法進(jìn)行。
在本發(fā)明的上述密封結(jié)構(gòu)和制作方法中，由于釆用了雙襯底結(jié) 構(gòu)，分別將微流體單元和密封層制作在兩個(gè)不同的襯底上，采用 PDMS作為密封層，對(duì)PDMS密封層進(jìn)行圖案化，從而可以實(shí)現(xiàn)復(fù) 雜靈活的微流體芯片系統(tǒng)集成。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和最佳實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。附圖及 其所表示的實(shí)施方式的目的僅僅是為了描述本發(fā)明的原理，而不是要 以任何方式來(lái)將本專利申請(qǐng)的范圍限制于所述具體實(shí)施方式
。其中圖1示出本發(fā)明的雙襯底密封結(jié)構(gòu)的剖視示意圖,其中上下結(jié)構(gòu)處
于分開狀態(tài)；
圖2示出本發(fā)明的雙襯底密封結(jié)構(gòu)的另一剖視示意圖，其中 上下結(jié)構(gòu)處于密封結(jié)合狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2分別示出本發(fā)明的雙襯底密封結(jié)構(gòu)的剖視示意圖， 其中圖1所示為上下結(jié)構(gòu)處于分開的狀態(tài)，而圖2所示為上下結(jié) 構(gòu)處于密封結(jié)合狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在制作圖1和圖2所示的本發(fā)明 的雙襯底密封結(jié)構(gòu)時(shí)，可以采用以下步驟
1.制作PDMS密封層
首先配制PDMS預(yù)聚合物。為了配置PDMS預(yù)聚合物，需要 將PDMS基質(zhì)與固化劑以一定的比例混合均勻。在制作過(guò)程中， 為了防止PDMS固化后有氣泡嵌入影響密封效果，通常需要對(duì) PDMS預(yù)聚合物進(jìn)行脫氣處理。
然后旋涂PDMS。即把表面制作有功能器件單元的襯底(a) 設(shè)置于旋涂機(jī)上，將經(jīng)過(guò)脫氣處理的PDMS預(yù)聚合物滴在上面， 以一定轉(zhuǎn)速旋涂。然后將旋涂有PDMS預(yù)聚合物的襯底(a)烘干。
接下來(lái)制作掩膜層。在PDMS表面制作一定厚度的掩膜層， 以便在PDMS刻蝕過(guò)程中對(duì)非刻蝕區(qū)PDMS進(jìn)行保護(hù)。
對(duì)掩膜層進(jìn)行光刻。通過(guò)光刻限定出PDMS圖案的形狀，并 將需刻蝕區(qū)域的掩膜層刻掉。這樣要刻蝕的PDMS區(qū)域就用掩膜 層限定出來(lái)了。
然后刻蝕PDMS。釆用等離子體干法或者其他刻蝕方法，將 需刻蝕區(qū)域的PDMS層刻蝕掉。
最后去除掩膜層。刻蝕完畢后把掩膜層去掉。 經(jīng)過(guò)上述處理，就在襯底(a)上形成PDMS密封層。2.制作微流體溝道和微反應(yīng)倉(cāng)
首先準(zhǔn)備襯底。將需要的襯底(b)進(jìn)行常規(guī)清洗，并用氮?dú)?吹干。
然后對(duì)準(zhǔn)備好的襯底(b)進(jìn)行鈍化處理。將襯底(b)做鈍 化處理，使其表面生成一層鈍化層。
接下來(lái)制作功能器件。在經(jīng)過(guò)鈍化處理的襯底(b)表面制作 需要的諸如微加熱器、微傳感器這樣的各種功能器件。
最后制作微流道和微反應(yīng)倉(cāng)。在已經(jīng)制作有功能器件的襯底 (b凌面用ME M S微加工技術(shù)制作微流道和微反應(yīng)倉(cāng)等功能結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過(guò)上述步驟1和步驟2處理后，分別獲得了制作有圖形化 PDMS密封層和微電極等功能器件的襯底(a)和制作有微流體溝 道和微流體反應(yīng)倉(cāng)等流體控制和處理功能器件的襯底(b),如圖 1所示。此時(shí)，可以將上下兩部分組合在一起，采用適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn) 操作方式，方便地實(shí)現(xiàn)微流體芯片的密封。最后得到完成的微流 體芯片封裝單元，如圖2所示。因?yàn)檫@種密封是可逆的，因而可 以重復(fù)使用。
盡管以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的精神和主旨的前提下，可以對(duì)具 體的實(shí)施方式進(jìn)行各種變通和修改，這些變通和修改應(yīng)當(dāng)都屬于 本發(fā)明的范圍。也就是說(shuō)，本發(fā)明的范圍不由以上所述的具體實(shí) 施方式限定，而是由后面所附的權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1、一種用于生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)，包括第一襯底，在該第一襯底上設(shè)置有圖案化的PDMS密封層；第二襯底，在該第二襯底上設(shè)置有流體控制和處理功能器件；且所述第二襯底上設(shè)置的流體控制和處理功能器件通過(guò)所述PDMS密封層被封裝在所述第一襯底和第二襯底之間。
2、 如權(quán)利要求l所述的微型可逆密封結(jié)構(gòu)，其中所述第一襯底上 還設(shè)置有功能單元，該功能單元包括電極、傳感器。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的微型可逆密封結(jié)構(gòu)，其中所述第二襯 底上設(shè)置的流體控制和處理功能器件包括微流體溝道和流體反應(yīng)倉(cāng)。
4、 如權(quán)利要求4所述的微型可逆密封結(jié)構(gòu)，其中所述流體溝道和 反應(yīng)倉(cāng)的厚度為10-1000微米。
5、 一種制作用于生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)的方法，包括: 在第一襯底上制作圖案化的PDMS密封層； 在第二襯底上制作流體控制和處理功能器件；以及通過(guò)所述PDMS密封層將所述第二襯底結(jié)合到所述第一襯底上， 使得所述第二襯底上的流體控制和處理功能器件被封裝在所述第一 襯底和所述第二襯底之間。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中在第一襯底上制作圖案化的 PDMS密封層的步驟進(jìn)一步包括在所述第一襯底上制作功能單元，該 功能單元包括電極、傳感器。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中所述第二襯底上設(shè)置的 流體控制和處理功能器件包括微流體溝道和流體反應(yīng)倉(cāng)。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述流體溝道和反應(yīng)倉(cāng)的厚 度為10-1000微米。
全文摘要
公開了一種用于生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)，包括第一襯底，在該第一襯底上設(shè)置有圖案化的PDMS密封層；第二襯底，在該第二襯底上設(shè)置有流體控制和處理功能器件；并且所述第二襯底上設(shè)置的流體控制和處理功能器件通過(guò)所述PDMS密封層被封裝在所述第一襯底和第二襯底之間。還公開了一種制作用于生物醫(yī)學(xué)微流體的微型可逆密封結(jié)構(gòu)的方法，包括在第一襯底上制作圖案化的PDMS密封層；在第二襯底上制作流體控制和處理功能器件；以及通過(guò)所述PDMS密封層將所述第二襯底結(jié)合到所述第一襯底上，使得所述第二襯底上的流體控制和處理功能器件被封裝在所述第一襯底和所述第二襯底之間。
文檔編號(hào)G01N27/28GK101430299SQ20081024037
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者劉澤文, 王子千, 健 秦 申請(qǐng)人:清華大學(xué)