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微流控芯片目前是微全化学分析系统应用研究中最活跃的领域与发展前沿,它已成为目前微/纳机电系统研究中的热点。随着面向微纳米颗粒操控的介电泳理论与技术的发展与日趋成熟,各种形式的介电泳技术已逐渐被引入微流控芯片中并结合流体环境来实现生物粒子的运输、分离、富集以及细胞裂解等。在对微流控芯片的研究中,如何实现典型芯片结构的制作加工成为微流体芯片技术研究的关键点和难点。目前微流控芯片制作主要采用的是微细加工技术,芯片材料选择比较广泛,制作过程中主要存在的问题与困难是加工工艺复杂、制作成本高。另外,目前制作工艺的方面的研究还不够细致和完善,缺乏对工艺过程合理性的研究等。结合本实验室条件,本文针对介电泳微流控芯片的关键制作工艺进行了较为系统的研究,主要研究内容和结论如下:
⑴研究了基于无掩模光刻技术的SU-8光刻工艺,制定光刻工艺流程,并通过正交试验获得实验室常用的两种厚度的SU-8胶的优化光刻工艺参数;并对试验过程中出现的各种光刻失败现象进行了分析,提出了解决方案,改进光刻工艺。
⑵分别研究了Ti/Au微电极以及ITO微电极的制作工艺。采用溅射镀膜、光刻以及刻蚀工艺制备了Ti/Au微电极;通过试验获得加热至40℃的6mol/L的盐酸和1.6mol/L的三氯化铁混合溶液刻蚀ITO的速率,并在此基础上基于SU-8的无掩模光刻技术,通过刻蚀制备了ITO微电极样品。
⑶结合SU-8光刻工艺,对PDMS微流道的成型工艺进行研究,制定PDMS微流道工艺流程,制备了PDMS微流道成品,并且利用紫外光清洗机对PDMS表面进行改性研究,获得合理了的改性时间。
⑷对介电泳微流控芯片的封装工艺进行研究,通过紫外光照对PDMS表面改性实现PDMS微流道与玻璃基片的键合,利用金丝压焊方式完成Ti/Au微电极与外围电路的电气连接,最后采用简易打孔方式实现了芯片的打孔。
⑸研究结果表明:SU-8光刻工艺各步骤对光刻效果都较大的影响,必须严格控制工艺各步骤的参数;6 mol/L的盐酸和1.6 mol/L的三氯化铁混合溶液在加热至40℃的条件下,刻蚀ITO的速率为363.3 nm/min,采用此刻蚀液刻蚀电极效果良好,可控性较好;对PDMS表面进行紫外光处理可实现PDMS与玻璃基片的永久键合;PDMS表面亲水性在紫外光清洗机中紫外光照处理60分钟,其表面亲水性可得到最大程度的改善;通过金丝压焊的方式可很的好实现电极与外围电路的电气连接。