一种微流控芯片的键合方法与流程

本发明涉及一种微流控芯片的键合方法，特别是涉及一种有机聚合物材质的微流控芯片的键合方法，属于微流控芯片领域。

背景技术：

微流控芯片又称微流控芯片实验室，通过微加工及其它加工方法将一个生物或化学实验室微缩到一块只有几平方厘米的芯片上。该芯片可以将化学和生物领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选裂解等基本操作单元进行集成。微流控芯片分析以芯片为操作平台,同时以分析化学为基础,以微机电加工技术为依托,以微管道网络为结构特征,以生命科学为目前主要应用对象，是当前微全分析系统领域发展的重点。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点,它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析,并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。

目前，以有机聚合物为材质的微流控芯片在国内外比较典型的键合方式为热压法、超声波键合法等。热压法往往需要较高的温度和真空度，对于设备的要求较高，同时高温高压对芯片内部结构也会带来较大的影响，特别是微通道的横截面形状容易发生改变。超声波键合法使用时需要在微流控芯片上设计超声焊线，这就增加了芯片制作工艺的复杂程度。此外，超声波发生器的功率不足以融化超声焊线时，还需要对微流控芯片进行预加热，造成资源的浪费。其它一些使用胶黏剂等方法，也存在着会堵塞微流控通道的风险。总之，上述有机聚合物微流控芯片的键合方法在试剂应用过程中存在各种实际问题，严重阻碍了微流控芯片的大批量、低成本制造。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种有机聚合物微流控芯片的键合方法，能够简化芯片键合过程，缩短芯片键合时间，保证微流控芯片的键合强度，有利于微流控芯片的发展与普及。

本发明具体过程包括以下步骤：

s1、基片在加工出相应图形后进行表面清洗，依次用10%~50%的异丙醇、乙醇进行超声表面清洗5~10分钟，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液。

s2、将步骤s1清洗后的上基片与下基片用去离子水冲洗后，然后放置到干燥箱内若干时间，去除基片与盖片的水份。

s3、将步骤s2中的上基片与下基片取出，采用低温低压等离子体对所述芯片的基片和盖片键合表面进行改性处理，处理的时间为30秒~120秒，真空度为60~500帕，功率为50-150瓦。

s4、将步骤s3处理的上基片与下基片进行硅烷化处理，硅烷化试剂为aptes或gptes，使用体积浓度为0.1%-2%，处理时间1~5分钟。处理完后将上基片与下基片进行清洗干燥；

s5、将步骤s4得到的上基片与下基片取出，再次进行低温低压等离子体处理，处理的时间为30秒~120秒，真空度为60~500帕，功率为50-150瓦。

s6、在步骤s5得到的上基片与下基片夹紧固定，进行预键合；

s7、对步骤s6得到的上基片与下基片进行真空热压键合，真空热压温度为50℃~90℃，真空度为20~50mbar，键合压力0.5.~1.1bar，热压时间为15~30分钟，得到微流控芯片。

本发明基于的原理是，有机聚合物微流控芯片在进行低温等离子体处理后，芯片表面会形成少量的氧自由基和羧基；经过硅烷化处理后，芯片表面的si-oh和si-o键被打开，再次进行低温等离子体处理可以形成更多自由基，使得键合强度更高，从而在后续热压键合过程中，降低键合温度和处理时间，使得芯片彻底形成不可逆封接。

本发明具有如下优点：

1、该键合方法对于pmma、coc和ps等生物医疗领域常用的塑料材质均可满足，对于选材比较宽泛；

2、该键合方法使用的温度和压力较低，不会影响微通道结构，提高芯片的良品率；

3、该键合方法生产出来的芯片强度高，芯片使用过程中不开裂。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一：

s1、基片在加工出相应图形后进行表面清洗，依次用体积浓度为10%的异丙醇、乙醇进行超声表面清洗10分钟，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液。

s2、将步骤s1清洗后的上基片与下基片用去离子水冲洗后，然后放置到干燥箱内若干时间，去除基片与盖片的水份。

s3、将步骤s2中的上基片与下基片取出，采用低温低压等离子体对所述芯片的基片和盖片键合表面进行改性处理，处理的时间为30秒，真空度为100帕，功率为120瓦。

s4、将步骤s3处理的上基片与下基片进行硅烷化处理，硅烷化试剂为aptes，使用体积浓度为1%，处理时间2分钟。处理完后将上基片与下基片进行清洗干燥；

s5、将步骤s4得到的上基片与下基片取出，再次进行低温低压等离子体处理，处理的时间为60秒，真空度为100帕，功率为150瓦。

s6、在步骤s5得到的上基片与下基片夹紧固定，进行预键合；

s7、对步骤s6得到的上基片与下基片进行真空热压键合，真空热压温度为60℃，真空度为20mbar，键合压力1bar，热压时间为15分钟，得到微流控芯片。

实施例二：

s1、基片在加工出相应图形后进行表面清洗，依次用40%的异丙醇、乙醇进行超声表面清洗5分钟，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液。

s2、将步骤s1清洗后的上基片与下基片用去离子水冲洗后，然后放置到干燥箱内若干时间，去除基片与盖片的水份。

s3、将步骤s2中的上基片与下基片取出，采用低温低压等离子体对所述芯片的基片和盖片键合表面进行改性处理，处理的时间为45秒，真空度为200帕，功率为130瓦。

s4、将步骤s3处理的上基片与下基片进行硅烷化处理，硅烷化试剂为gptes，使用体积浓度为2%，处理时间1分钟。处理完后将上基片与下基片进行清洗干燥；

s5、将步骤s4得到的上基片与下基片取出，再次进行低温低压等离子体处理，处理的时间为100秒，真空度为100帕，功率为120瓦。

s6、在步骤s5得到的上基片与下基片夹紧固定，进行预键合；

s7、对步骤s6得到的上基片与下基片进行真空热压键合，真空热压温度为65℃，真空度为30mbar，键合压力0.8bar，热压时间为15分钟，得到微流控芯片。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种微流控芯片的键合方法。基片表面经过严格的清洗等预处理过程，更好的激活键合表面，在非净化条件的实验室完成芯片预键合和键合过程，不仅键合强度达标而且降低了对环境的洁净要求，全程非高温也对键合设备的要求降低很多，对微流控芯片通道的变形影响较小，降低了芯片的制造成本。通过上述方式，本发明能够推动微流控芯片的产业化生产。

技术研发人员：钱伟;张建东;田鸽
受保护的技术使用者：凡知医疗科技（江苏）有限公司
技术研发日：2019.06.13
技术公布日：2019.08.23