一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法与流程

技术特征：
1.一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：第一，制作用于制作超薄聚二甲基硅氧烷pdms的模具；第二，利用该模具制作超薄pdms层；第三，制作多孔玻璃层；第四，将超薄pdms层与多孔玻璃层键合；第五，通过pdms倒模方式制作微流控流道结构；第六，将pdms微流道结构与多孔玻璃的另外一面键合，完成微流控芯片的制作；第七，通过打孔技术形成微流控出入口；第八，向微流控芯片内通入水，通过水压使得超薄pdms在玻璃孔处发生变形，形成凸微透镜阵列；第九，通过聚氨酯丙烯酸酯紫外固化胶pua复制得到凹微透镜阵列；最后以pua为模板将凹微透镜阵列转印到pdms上，最终形成pdms材质的凸型微透镜阵列；所述微透镜阵列制作方法是按如下步骤操作：a、采用cnc精密数控机床进行加工的方式制作聚甲基丙烯酸甲酯pmma材质的模具(1)，其特征在于模具的底部有两个条形模具凸台(2)，凸台高于槽底部200微米，凸台高度用于控制超薄pdms的厚度；b、对模具(1)均匀涂抹脱模剂后，将pdms溶液(3)倒入该模具中，接着将一块清洗干净的玻璃片(4)至于槽内，通过一重物(5)压紧玻璃片，使其紧贴槽底凸台，并保证pdms溶液浸没玻璃片；待pdms液面摊平后且内部无任何气泡后，至于烘箱中以80摄氏度固化1.5小时；pdms完全固化后自然冷却到室温；将固化的pdms从模具内拿出；接着去除重物；玻璃片下方得到平整的超薄pdms层(7)，此时中间玻璃片先不取出，方便后续的pdms与玻璃的键合；c、激光打孔方式制作多孔阵列玻璃(8)；并制作4
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4，直径为1mm的孔阵列(9)；d、接着通过氧离子轰击键合技术将上述制作的超薄pdms结构与多孔阵列玻璃键合；随后将上层pdms切开一个开口，将玻璃片(4)拿出，多余的pdms形成一个pdms槽结构(10)，方便后续倒模工艺的进行，至此微流控芯片主体部分；e、以pmma为材料，利用cnc精密数控机床制作pdms微流道结构所需的模具(11)，接着利用模具，将pdms溶液倒入上述模具槽内，无气泡后，至于烘箱中以80摄氏度固化1.5小时；pdms完全固化后自然冷却到室温；撕下pdms后获得pdms微流道结构(12)；接着将pdms微流道结构与微流控芯片主体部分键合，键合完成后利用打孔机制作入口(13)，出口(14)；最终完成用于制作微透镜阵列的微流控芯片；f、采用向微流控芯片内部注入纯净水(15)的方式，使得pdms变形形成微透镜；左侧为水入口，右侧出水口接上水压计，用于监测微流控芯片内水压力；由于水压的作用，气孔处的pdms会凸起，形成微透镜阵列形状(16)，通过调节水压大小，以控制微透镜的高度；通过制作不同直径的孔，以控制制作的微透镜的直径；当pdms变形形成微透镜后，将pua溶液(17)倾倒在pdms所形成的槽内；待pua完全摊平后，将pua至于紫外热灯下曝光，固化pua；曝光完成后，将pua与pdms分离；此时，微透镜阵列图案转移到pua上；从而获得pua材质的凹面微透镜阵列(18)；g、将pua凹透镜阵列模板放模具盒内(19)；然后将配置好的复制pua结构时所用的pdms溶液(20)倾倒在pua凹面微透镜阵列上；待pdms完全覆盖，液面平整且无气泡后，至于烘箱中以80摄氏度固化1.5小时；自然冷却后，将固化的pdms与pua模板剥离；这样再一次将微透镜阵列结构转移到pdms上，从而获得了pdms微透镜阵列(21)；最后，根据需求将pdms裁剪成需要的大小(22)。2.根据权利要求1所述的低基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：所述步
骤a中凸台的作用是制作超薄pdms层，其高度能控制超薄pdms层的厚度；所述凸台高度控制在200微米。3.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：所述步骤b中，使用的pdms是sylgard 184型硅橡胶，由于后期要通过压力使得pdms变形，故要配置超弹性的pdms；采用的主剂和固化剂比例为20:1；主剂和固化剂充分混合后，放置与真空箱内抽真空除去气泡，完成pdms溶液的配置。4.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：所述步骤b中，在将pdms到入模具内前，要对模具槽内部进行表面处理，减少表面能，以利于脱模；用的脱模剂为氟素表面处理剂；均匀涂抹脱模剂后，将模具至于90摄氏度热台上烘烤10分钟，以去除多余溶剂，随后冷却至室温。5.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：所述步骤c中，孔为4
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4阵列，直径为1mm。其他排布和尺寸的孔阵列也可以。6.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：在所述步骤d和e中，pdms与玻璃键合具体步骤是，首先使用异丙醇清洗pdms并氮气吹干，保证其有表面洁净度；用丙酮擦洗多孔玻璃表面并氮气吹干，保证玻璃表面清洁；接着对pdms键合面和多孔玻璃键合面进行氧气等离子轰击，增加pdms和玻璃的表面能，氧离子轰击参数为：氧气压力20pa，电压功率30w，轰击时间为60秒；处理完后将pdms键合面和玻璃紧密贴紧，并用重物压着后置于80摄氏度烘箱中加热2分钟；最后，玻璃和超薄pdms层会粘结在一起。7.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：在所述步骤e和步骤g中，pdms主剂和固化剂比例为10:1。8.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：在所述步骤f中，采用pua作为中间转印材料。9.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：在所述步骤f中，曝光pua曝光过程采用逐步曝光法，即曝光一分钟，停1分钟以利于散热，整个紫外曝光时间为15分钟。10.根据权利要求1所述的基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征是：在所述步骤g中，在实时复制前对pua模板应该进行紫外曝光1小时，使其完全固化，避免pdms在pua模板上难以固化的问题。

技术总结
本发明公开了一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征在于将微流控技术用于微透镜阵列的制作上，通过向具有小孔阵列的微流控芯片中注入水，并在水压力的作用下使得超薄PDMS变形，并利用PUA与PDMS的相互复制工艺，实现微透镜阵列的制作，实施步骤中，通过巧妙的模具设计和工艺设计，实现了超薄PDMS的制作，不仅使得超薄PDMS的键合工艺得以顺利进行，该工艺还可以形成一个模具槽结构，方便了后续倒模工艺的进行。本发明通过改变玻璃层多孔阵列的孔径大小，可以制作不同尺寸的微透镜阵列，通过控制微流控芯片内部水压，可以控制制作的微透镜高度，从而调节焦距；制作的微流控芯片可以重复使用，从而实现成本的降低和制作效率的提高。作效率的提高。作效率的提高。


技术研发人员：金建 王旭迪 邸思 林文豫 孙学通
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2021.08.02
技术公布日：2021/11/4