低成本微流控芯片加工方法
選取了常用的低成本微流控芯片加工方法進行介紹。
微模塑成型
由于PDMS材料在微流控芯片加工領域的廣泛應用,基于PDMS的微模塑成型成為目前最為常見的微流控芯片加工方法。其中,使用SU-8光刻膠作為模具對PDMS進行模塑成型較為常見,將SU-8光刻膠旋涂在硅片上并進行光刻,根據(jù)不同型號SU-8光刻膠和旋涂速度的控制,其厚度可以在十幾到一兩百微米范圍內自由調節(jié);將PDMS主劑與硬化劑10:1混合去除氣泡后緩慢傾倒在SU-8微結構上,加熱硬化;將PDMS從SU-8模具上小心揭取,模具可以重復使用;將PDMS與玻璃等基底材料進行氧等離子處理后鍵合。
激光燒蝕
這里的激光燒蝕特指使用波長為10.6 μm的二氧化碳激光在聚合物材料表面進行燒蝕加工微流道的方法。使用激光燒蝕方法加工微流道,其優(yōu)點在于:加工過程簡單快捷,一次燒蝕即可完成加工;材料適用范圍寬,大部分聚合物材料和玻璃等均可使用該方法在表面加工微流道。缺點在于:在聚合物材料材料表面加工的微流道內壁凹凸不平,存在大量氣泡,可能需要通過化學方法進行處理;在聚合物材料表面加工流道兩側有熔融材料拋出再凝固形成的凸起,不利于后續(xù)鍵合;加工精度有限,僅適用于流道寬深度大于80 μm的應用。激光燒蝕方法在低成本微流控芯片領域的應用,目前還集中在單一聚合物材料應用上,從未來的發(fā)展方向看,其在基于可降解生物塑料、紙、導電塑料等材料的微流控芯片加工領域還有較大的發(fā)展空間。
2D/3D打印
2D打印指辦公和實驗場合常見的激光打印機、噴墨打印機、蠟打印機、絲網(wǎng)印刷等加工微流控芯片或微流控芯片倒膜模具的方法,3D打印是利用近來發(fā)展迅速的3D打印機直接打印微流控芯片或倒模模具的技術。2D打印微流控芯片通常應用在紙基微流控芯片中,通過疏水性墨水的浸透作用在親水紙材料中包圍形成微流道,圖案精度由打印機精度或絲網(wǎng)網(wǎng)孔決定,通常在80~400 μm之間。此外,還可以利用噴墨打印或絲網(wǎng)印刷在玻璃或聚合物基底上直接沉積PDMS、SU-8等材質的微結構,形成微流控芯片;如果使用含有銀納米顆粒的導電墨水,還可在微流控芯片表面打印電極。圖3(a)、圖3(b)為絲網(wǎng)印刷的基本原理,通過絲網(wǎng)印刷方法加工的基于紫外感光介質漿料(5018A,Dupont,USA)的微流道和銀電極。
圖3 基于絲網(wǎng)印刷的微流控芯片
使用3D打印對微流控芯片進行加工,主要有微立體光刻(stereo-lithography)、熔融沉積成型(FDM)等方法,其中熔融沉積成型3D打印機由于價格相對低廉可用于低成本3D微流控芯片的加工。熔融沉積成型技術既可以直接打印PC、PLA、ABS(acrylonitrile butadience styrene)等材料制成3D微流控芯片,也可以打印用于PDMS倒模的模具。但目前商業(yè)化熔融沉積成型設備的精度在100~500 μm之間,距離大部分微流控芯片的應用需求還有一定差距,且適于微流控芯片使用的透明打印耗材選擇有限,芯片加工速度與本文介紹的其他方法相比也較慢。
注塑成型是在塑料加工領域使用廣泛的加工方法,近年來伴隨微注塑技術的發(fā)展,研究者開始嘗試使用注塑成型的方法加工微流控芯片,常見的用于微流控芯片的注塑材料有PMMA、COC、PDMS等。傳統(tǒng)上,使用注塑方法加工微流控芯片需先加工模具,耗時長且模具價格昂貴。在低成本微流控芯片加工中,有別于傳統(tǒng)金屬模具,Hansen T S等人使用加工在鎳表面的SU-8光刻膠作為注塑模具,模具反復使用300次后制品質量穩(wěn)定,顯著降低了成本和模具加工時間。其優(yōu)勢在于重復性好、加工速度快、可以加工3D微流控芯片,適用于大規(guī)模微流控芯片的加工;缺點是靈活性差,芯片結構變動時需要重新開模,模具成本較高。
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標簽:   微流控芯片
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