一种微流管道引导的微电极制备方法与流程

本发明涉及一种微电极的制备，特别涉及到一种微流管道引导的微电极制备方法。

背景技术

微电极是指电极的一维尺寸为微米或纳米级的电极，常用微电极有金属和玻璃两类。目前，金属微电极主要是通过印刷电子工艺制备，利用大型专业的印刷电子设备，将传统的彩色油墨替换为含有金、银等贵金属的超微纳米材料的导电油墨(粉)以及半导体墨水或绝缘油墨，在基底上直接印刷出微电子电路，形成微电极。常用的印刷电子技术包括喷墨打印、丝网印刷等。虽然利用纳米贵金属墨水(浆)进行印刷制备微电极的工艺流程已经比较成熟，但由于印刷电子工艺需要昂贵的大型专业印刷设备，印刷设备操作的复杂性使得微电极的图案化较为困难，商业化的贵金属导电油墨存在墨水保质期短、成本高等问题，极大地限制了印刷电子工艺制备微电极的大规模工业化生产。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是如何提出一种微电极的制备方法，充分发挥微流控芯片技术无需大型专业设备和银镜反应成本低的优势，将银镜反应的反应液通过微流管道引导到基底表面，进而反应生成图案化的微电极。

因此，本发明的目的在于提供一种微流管道引导的微电极制备方法，该方法基于银镜反应完成，具体包括以下步骤：

步骤1：pdms(聚二甲基硅氧烷)微流控芯片的制备；

步骤2：微流管道的制备；

步骤3：将银镜反应液注入微流管道内，放置于烘箱中加热1～3小时后，揭除pmds微流控芯片；

该方案的特征在于：利用银镜反应在微流管道的基底表面沉积银粒子，得到含有与微流管道相对应的微电极图案的微电极。

通过采用上述技术方案，将固化的pdms按设计的芯片结构切割、打孔，形成微流管道的通道，达到微电极对于电极尺寸的要求，同时避免因为通道过窄导致微电极通道断裂或者不均匀的现象。

作为优选，pdms微流控芯片的线宽为30～105微米。

通过采用上述技术方案，制备微流管道时，将基底放入食人鱼洗液中浸泡，确保基底具有干净的表面；然后，将基底在浓度为3～5mmol/l的氯化亚锡溶液中浸泡，使银粒子可以更好地沉积。

作为优选，微流管道的制备是将基底放入食人鱼洗液中浸泡30分钟至60分钟后，再放入3～5mmol/l的氯化亚锡的乙醇溶液中浸泡30分钟至60分钟，再与pdms微流控芯片键合，得到微流管道。

通过采用上述技术方案，利用银镜反应进行化学镀银，生成金属银沉淀在基底表面，成本低廉，化学反应安全易实现，可大规模工业化生产。

作为优选，所述步骤3中银镜反应液中的硝酸银溶液的质量分数为1％～3％。

作为优选，所述步骤3中银镜反应液中的葡萄糖溶液的质量分数为1％～3％。

通过采用上述技术方案，将注满银镜反应液的微流管道放置于烘箱中，加热1～3小时，使银镜反应充分进行，形成清晰的微电极图案。

作为优选，所述步骤3中加热温度为50℃至70℃。

通过采用上述技术方案，采用玻璃片、铌酸锂晶片或者pdms(聚二甲基硅氧烷)中的任意一种作为基底，经表面处理后，达到与微流控芯片的键合效果。

作为优选，所述基底为玻璃片、铌酸锂晶片或者pdms(聚二甲基硅氧烷)中的任意一种。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明采用微流控芯片技术结合银镜反应在微管道内制备微电极，充分发挥微流控芯片技术无需大型专业、高昂设备的优势，克服了现有技术中大型专业印刷设备成本高、操作复杂、贵金属导电油墨保质期短、微电极图案化困难的缺陷，利用硝酸银来代替贵重金属，将银镜反应的反应液通过微流管道引导到基底表面，进而反应生成图案化的微电极，极大地降低了成本，且操作简便，不需大型设备即可完成，而且微管道的尺寸可控，图案化清晰，可实现微电极的大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1不同线宽的微流控芯片的微电极在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图2为本发明实施例2的微电极成品的左上部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图3为本发明实施例2的微电极成品的右上部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图4为本发明实施例2的微电极成品的中部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图5为本发明实施例2的微电极成品的左下部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图6为本发明实施例2的微电极成品的右下部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图7为本发明实施例3的微电极成品的左上部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图8为本发明实施例3的微电极成品的右上部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图9为本发明实施例3的微电极成品的中部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图10为本发明实施例3的微电极成品的左下部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图11为本发明实施例3的微电极成品的右下部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图12为本发明实施例4的微电极成品的左上部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图13为本发明实施例4的微电极成品的右上部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图14为本发明实施例4的微电极成品的中部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图15为本发明实施例4的微电极成品的左下部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图；

图16为本发明实施例4的微电极成品的右下部在放大倍数为40倍下的显微镜示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1

(1)微流控芯片的设计：首先采用autocad软件绘制微流控芯片，设计线条宽度从左至右依次为5、30、55、80、105、120微米的微流管道模版，使用菲林掩膜版制备光掩模。

(2)pdms微流控芯片模版的制备：以单抛硅片作为模版基片，将浓硫酸和双氧水按照3:1的体积比配制成食人鱼洗液，将单抛硅片浸入食人鱼洗液中清洗15分钟后，分别用无水乙醇和丙酮清洗硅片1分钟，再使用超纯水冲洗硅片，放置于200℃电热板上烘干。冷却后使用hmds蒸汽熏蒸5分钟以增强基片与光刻胶的粘附。取15ml阳性光刻胶az50xt置于硅片中心区域，使用旋转涂膜仪进行三次递进式涂布，三次涂布所用转速和时间分别为500rpm、15秒，1600rpm、75秒，2400rpm、2秒。将涂布好的基片置于梯度升温的电热板上，烘烤4分钟。其中，升温范围为65～95℃。然后梯度冷却至室温后，将基片置于紫外曝光机上，与掩膜对齐，曝光80秒。将与阴性光刻胶az50xt配套的显影剂和超纯水按体积比1:2.5的比例配置成工作液，利用工作液对基片进行显影3分钟处理，然后使用超纯水清洗基片表面残余显影液并吹干，得到pdms微流控芯片模版。

(3)pdms微流控芯片的制备：用三甲基氯硅烷蒸汽熏pdms微流控芯片模版30分钟，以利于pdms聚合物与pdms微流控芯片模版的剥离。以质量比10：1称取pdms预聚物a胶和固化剂b胶，用混匀机将其混合均匀，得到pdms，倾倒至pdms微流控芯片模版上，抽真空脱气后，放置于70℃烘箱中加热固化。将固化的pdms按设计的芯片结构切割、打孔，清理干净，得到pdms微流控芯片。

(4)基底预处理：以玻璃片作为基底，将基底在食人鱼洗液中浸泡60分钟，确保基底具有干净的表面。然后，将基底在4mmol/l的氯化亚锡的乙醇溶液中浸泡60分钟，使基底表面活化。

(5)微流管道的制备：将pdms微流控芯片表面处理干净，将微流控芯片与基底键合，制备得到微流管道。

(6)银镜反应液的制备：取质量分数为2％的硝酸银溶液1毫升于离心管中，边震荡离心管边逐滴加入质量分数为2％的稀氨水，至最初产生的沉淀恰好溶解为止，再加入3滴质量分数为2％的葡萄糖溶液，制备得到银镜反应液。

(7)反应液的注射：将步骤(6)中制备得到的银镜反应液震荡均匀后，立即用注射器吸取适量，从微流管道的入口处注入，直至溶液充满微流管道为止。

(8)银镜反应：将注满反应液的微流管道放入60℃的烘箱中加热2小时，使银粒子在基底表面沉积。

(9)揭除微流控芯片：从烘箱中取出微流管道，揭除pdms微流控芯片，基底上留下与微流管道相对应的微电极图案，放置于放大倍数为40倍的显微镜下观察，得到如附图1所示的微电极图案，微电极线条宽度从左至右依次是5、30、55、80、105、120微米。

由附图1可以看出，5微米宽度的微电极线条效果不好，有断裂；而120微米宽度的微电极线条过宽；线条宽度为30～105微米的微电极线条效果较佳，同时满足微电极对于电极尺寸的要求，且微电极图案化清晰。

实施例2

(1)微流控芯片的设计：首先采用autocad软件绘制微流控芯片，设计线条宽度为50微米的微流管道模版，使用菲林掩膜版制备光掩模。

(2)pdms微流控芯片模版的制备：以单抛硅片作为模版基片，将浓硫酸和双氧水按照3:1的体积比配制成食人鱼洗液，将单抛硅片浸入食人鱼洗液中清洗15分钟后，分别用无水乙醇和丙酮清洗硅片1分钟，再使用超纯水冲洗硅片，放置于200℃电热板上烘干。冷却后使用hmds蒸汽熏蒸5分钟以增强基片与光刻胶的粘附。取15ml阳性光刻胶az50xt置于硅片中心区域，使用旋转涂膜仪进行三次递进式涂布，三次涂布所用转速和时间分别为500rpm、15秒，1600rpm、75秒，2400rpm、2秒。将涂布好的基片置于梯度升温的电热板上，烘烤4分钟。其中，升温范围为65～95℃。然后梯度冷却至室温后，将基片置于紫外曝光机上，与掩膜对齐，曝光80秒。将与阴性光刻胶az50xt配套的显影剂和超纯水按体积比1:2.5的比例配置成工作液，利用工作液对基片进行显影3分钟处理，然后使用超纯水清洗基片表面残余显影液并吹干，得到pdms微流控芯片模版。

(3)pdms微流控芯片的制备：用三甲基氯硅烷蒸汽熏pdms微流控芯片模版30分钟，以利于pdms聚合物与pdms微流控芯片模版的剥离。以质量比10：1称取pdms预聚物a胶和固化剂b胶，用混匀机将其混合均匀，得到pdms，倾倒至pdms微流控芯片模版上，抽真空脱气后，放置于70℃烘箱中加热固化。将固化的pdms按设计的芯片结构切割、打孔，清理干净，得到pdms微流控芯片。

(4)基底预处理：以铌酸锂晶片作为基底，将基底在食人鱼洗液中浸泡30分钟，确保基底具有干净的表面。然后，将基底在3mmol/l的氯化亚锡的乙醇溶液中浸泡30分钟，使基底表面活化。

(5)微流管道的制备：将pdms微流控芯片表面处理干净，直接将微流控芯片与基底键合，制备得到微流管道。

(6)银镜反应液的制备：取质量分数为1％的硝酸银溶液1毫升于离心管中，边震荡离心管边逐滴加入质量分数为2％的稀氨水，至最初产生的沉淀恰好溶解为止，再加入3滴质量分数为1％的葡萄糖溶液，制备得到银镜反应液。

(7)反应液的注射：将步骤(6)中制备得到的银镜反应液震荡均匀后，立即用注射器吸取适量，从微流管道的入口处注入，直至溶液充满微流管道为止。

(8)银镜反应：将注满反应液的微流管道放入50℃的烘箱中加热2小时，使银粒子在基底表面沉积。

(9)揭除微流控芯片：从烘箱中取出微流管道，揭除pdms微流控芯片，基底上留下与微流管道相对应的微电极图案，制备得到微电极，放置于放大倍数为40倍的显微镜下观察，得到显微镜照片如附图2-6所示。其中，附图2、3、4、5、6分别为揭除pdms微流控芯片的微电极在放大倍数为40倍的显微镜下的左上、右上、中部、左下、右下部的局部放大照片。

实施例3

(1)微流控芯片的设计：首先采用autocad软件绘制微流控芯片，设计线条宽度为50微米的微流管道模版，使用菲林掩膜版制备光掩模。

(2)pdms微流控芯片模版的制备：以单抛硅片作为模版基片，将浓硫酸和双氧水按照3:1的体积比配制成食人鱼洗液，将单抛硅片浸入食人鱼洗液中清洗15分钟后，分别用无水乙醇和丙酮清洗硅片1分钟，再使用超纯水冲洗硅片，放置于200℃电热板上烘干。冷却后使用hmds蒸汽熏蒸5分钟以增强基片与光刻胶的粘附。取15ml阳性光刻胶az50xt置于硅片中心区域，使用旋转涂膜仪进行三次递进式涂布，三次涂布所用转速和时间分别为500rmp、15秒，1600rpm、75秒，2400rpm、2秒。将涂布好的基片置于梯度升温的电热板上，烘烤4分钟。其中，升温范围为65～95℃。然后梯度冷却至室温后，将基片置于紫外曝光机上，与掩膜对齐，曝光80秒。将与阴性光刻胶az50xt配套的显影剂和超纯水按体积比1:2.5的比例配置成工作液，利用工作液对基片进行显影3分钟处理，然后使用超纯水清洗基片表面残余显影液并吹干，得到pdms微流控芯片模版。

(3)pdms微流控芯片的制备：用三甲基氯硅烷蒸汽熏pdms微流控芯片模版30分钟，以利于pdms聚合物与pdms微流控芯片模版的剥离。以质量比10：1称取pdms预聚物a胶和固化剂b胶，用混匀机将其混合均匀，得到pdms，倾倒至pdms微流控芯片模版上，抽真空脱气后，放置于70℃烘箱中加热固化。将固化的pdms按设计的芯片结构切割、打孔，清理干净，得到pdms微流控芯片。

(4)基底预处理：以玻璃片作为基底，将基底在食人鱼洗液中浸泡45分钟，确保基底具有干净的表面。然后，将基底在4mmol/l的氯化亚锡的乙醇溶液中浸泡45分钟，使基底表面活化。

(5)微流管道的制备：将pdms微流控芯片表面处理干净，直接将微流控芯片与玻璃基底键合，制备得到微流管道。

(6)银镜反应液的制备：取质量分数为2％的硝酸银溶液1毫升于离心管中，边震荡离心管边逐滴加入质量分数为2％的稀氨水，至最初产生的沉淀恰好溶解为止，再加入3滴质量分数为2％的葡萄糖溶液，制备得到银镜反应液。

(7)反应液的注射：将步骤(6)中制备得到的银镜反应液震荡均匀后，立即用注射器吸取适量，从微流管道的入口处注入，直至溶液充满微流管道为止。

(8)银镜反应：将注满反应液的微流管道放入60℃的烘箱中加热2小时，使银粒子在基底表面沉积。

(9)揭除微流控芯片：从烘箱中取出微流管道，揭除pdms微流控芯片，基底上留下与微流管道相对应的微电极图案，制备得到微电极，放置于放大倍数为40倍的显微镜下进行观察，得到显微镜照片如附图7-11所示。其中，附图7、8、9、10、11分别为揭除pdms微流控芯片的微电极在放大倍数为40倍的显微镜下的左上、右上、中部、左下、右下部的局部放大照片。

实施例4

(1)微流控芯片的设计：首先采用autocad软件绘制微流控芯片，设计线条宽度为50微米的微流管道模版，使用菲林掩膜版制备光掩模。

(2)pdms微流控芯片模版的制备：以单抛硅片作为模版基片，将浓硫酸和双氧水按照3:1的体积比配制成食人鱼洗液，将单抛硅片浸入食人鱼洗液中清洗15分钟后，分别用无水乙醇和丙酮清洗硅片1分钟，再使用超纯水冲洗硅片，放置于200℃电热板上烘干。冷却后使用hmds蒸汽熏蒸5分钟以增强基片与光刻胶的粘附。取15ml阳性光刻胶az50xt置于硅片中心区域，使用旋转涂膜仪进行三次递进式涂布，三次涂布所用转速和时间分别为500rmp、15秒，1600rpm、75秒，2400rpm、2秒。将涂布好的基片置于梯度升温的电热板上，烘烤4分钟。其中，升温范围为65～95℃。然后梯度冷却至室温后，将基片置于紫外曝光机上，与掩膜对齐，曝光80秒。将与阴性光刻胶az50xt配套的显影剂和超纯水按体积比1:2.5的比例配置成工作液，利用工作液对基片进行显影3分钟处理，然后使用超纯水清洗基片表面残余显影液并吹干，得到pdms微流控芯片模版。

(3)pdms微流控芯片的制备：用三甲基氯硅烷蒸汽熏pdms微流控芯片模版30分钟，以利于pdms聚合物与pdms微流控芯片模版的剥离。以质量比10：1称取pdms预聚物a胶和固化剂b胶，用混匀机将其混合均匀，得到pdms，倾倒至pdms微流控芯片模版上，抽真空脱气后，放置于70℃烘箱中加热固化。将固化的pdms按设计的芯片结构切割、打孔，清理干净，得到pdms微流控芯片。

(4)基底预处理：以pdms作为基底，将基底在食人鱼洗液中浸泡60分钟，确保基底具有干净的表面。然后，将基底在5mmol/l的氯化亚锡的乙醇溶液中浸泡60分钟，使基底表面活化。

(5)微流管道的制备：将pdms微流控芯片表面处理干净，直接将微流控芯片与基底键合，制备得到微流管道。

(6)银镜反应液的制备：取质量分数为3％的硝酸银溶液1毫升于离心管中，边震荡离心管边逐滴加入质量分数为2％的稀氨水，至最初产生的沉淀恰好溶解为止，再加入3滴质量分数为3％的葡萄糖溶液，制备得到银镜反应液。

(7)反应液的注射：将步骤(6)中制备得到的银镜反应液震荡均匀后，立即用注射器吸取适量，从微流管道的入口处注入，直至溶液充满微流管道为止。

(8)银镜反应：将注满反应液的微流管道放入70℃的烘箱中加热2小时，使银粒子在基底表面沉积。

(9)揭除微流控芯片：从烘箱中取出微流管道，揭除pdms微流控芯片，基底上留下与微流管道相对应的微电极图案，制备得到微电极，放置于放大倍数为40倍的显微镜下进行观察，得到显微镜照片如附图12-16所示。其中，附图12、13、14、15、16分别为揭除pdms微流控芯片的微电极在放大倍数为40倍的显微镜下的左上、右上、中部、左下、右下部的局部放大照片。