PDMS微流控芯片加工技术研究.docx

PDMS微流控芯片加工技术争论

林晓梅;张铭

【摘要】对PDMS微流控芯片的制作流程、封装方法和构造特征进展了探讨,并提出了相应的解决方案.

【期刊名称】《长春工业大学学报〔自然科学版〕》

【年(卷),期】2023(034)002

【总页数】8页(P172-179)

【关键词】微流控芯片;聚二甲基硅氧烷;微加工

【作者】林晓梅;张铭

【作者单位】长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012;长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012

【正文语种】中文

【中图分类】TN405

0引言

微流控芯片又称芯片实验室〔Lab-on-a-Chip〕，是一种微型全分析系统

〔μTAS〕，它是一种操控微小体积的流体在微小通道或构件中流淌的系统，涉及到物理、化学、生物等多个根底学科领域。它以微流控技术为根底，制备出小尺度

〔从微米到纳米〕的通道、腔、阀、泵等器件，并利用各种物理手段争论小尺度上器件的特异性质，进展小尺度掌握流体运动和物理化学变化。目前这门学科已经成

为国际上的一个争论热点，其专业期刊《LabonaChip》自2023年创刊以来已

经成为这个领域最具代表性的权威杂志，相关的专业国际会议μTAS每年召开，微流控芯片技术已被认为是当今科技进展最为重要的生化分析前沿技术领域之一［1

－5］。在现阶段，微流控芯片既是一门科学，又是一种技术。无论是科学还是技术，它最终还是以应用为主。从理论上讲，微流控芯片可以应用于任何涉及流体的学科，其中最直接的应当是化学、生物学和医学，与此同时，它的其次波影响力已经渗透到了一些传统观念中不涉及流体的学科，如光学和信息学。全部这些学科都将直面社会各行各业的实际需要，已经涉及的领域包括疾病诊断、药物筛选、食品安全、商品检验、环境监测、司法鉴定、刑事科学、体育竞技、军事科学及航天科学等事关人类生存质量的方方面面。在微流控芯片进展初期，硅、玻璃和石英是微流控芯片的首选材料［6－8］，后来，由于争论的不断深入，它们都表现出各自的缺点:硅材料不透光、不能承受高电压、易碎、本钱较高、抗腐蚀性差且电绝缘性较差、外表化学行为较简单；玻璃材料光刻和蚀刻技术工艺简单、难以得到深

宽比大的通道、键合难度大、费时、加工本钱高［9］；石英材料硬度大、熔点高、制作步骤简单。因此，争论者把留意力放在了原材料廉价、制作过程简洁的高分子聚合物上，适于制作微流控芯片的高聚物种类主要有:环烯烃共聚物

〔cycloolefincoplymer，COC〕、聚碳酸酯〔polycarbonate，PC〕、聚甲基丙烯酸甲酯〔polymethylmethacrylate，PMMA〕和聚二甲基硅氧烷

〔polydimethylsiloxane，PDMS〕等［10］。不同材料基片的性能比较见表 1。表1常用微流控芯片材料及其性能［11］COC PC PMMA PDMS热导率／

〔W／〔m·K〕〕1570.7～性能参数硅片玻璃石英1.11.40.210.19

0.20.2机械强度一般一般一般好好好－化学惰性一般好好好较好较好好生物兼容性差差差好好好好光学性能差好好好好好好成型性能较难较难难易易易易键合性能较难较难难较易较易较

易易

从表1可以看出，PDMS微流控芯片成为争论热点。PDMS作为微流控芯片基底的抱负材料表现出很多特性:

绝缘性良好，能承受高电压［12－13］；

热稳定性高，适合加工各种生化反响芯片［14－15］；

具有很高的生物兼容性，易加工，不仅能和自身结合，而且可以与玻璃、硅、二氧化硅等结合［16－18］；

光学特性好，能透过250nm以上紫外光和可见光［19－20］；

弹性好，通常由PDMS和相应的固化剂按10∶1的比例混合热聚合而成

［21］；6〕无毒、耐用、折射率低、价格廉价、有化学惰性、制作周期短、封装方法敏捷

［22］，故日益成为最有前景的制作微流控芯片的材料之一。PDMS的分子构造如图1所示［23］。

图1PDMS分子构造

文中主要介绍了PDMS微流控芯片的加工工艺、封装方法及其构造特征。1微通道加工技术

在微流控芯片加工技术的根底上，通过各种加工方法在芯片上制作出用于进样和分别的微小通道，并进一步连以微阀、微泵，是微流控芯片加工的一般途径。微芯片的基片一般长为50～100mm，宽为20～50mm，厚为2