一種夾片式微流控器件及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種夾片式微流控器件及其制造工藝，屬于集成微芯片實驗室領域，特別涉及一種低成本的微流控器件及其快速、批量制造工藝。
【背景技術】
[0002]微流控芯片實驗室是指把生化領域中涉及的樣品制備、反應、檢測等宏觀分析操作集成到一塊芯片上，通過對微觀的樣品對象進行操控和分析，來實現常規生化實驗室中各種功能的一種技術。目前，微流控技術在生物、化學、醫學等領域已經得到了廣泛的應用。
[0003]微流控芯片實驗室的核心在于芯片的制作，根據芯片材質的不同，一般需要采用不同的加工工藝。如對于硅、玻璃和石英芯片的制作，主要采用光刻和蝕刻方法。對于高分子聚合物芯片的制作，則主要采用軟光刻法、熱壓法、注塑法等。另外，微機加工、3D打印、激光燒蝕等方法也常用于各類聚合物芯片的制作。其中，光刻法的工藝流程較為復雜，芯片制作過程可靠度不高；蝕刻法制作的芯片尺寸精度較差，且加工效比較低；軟光刻法在目前的應用最為廣泛，它可以制造復雜的三維結構，制得的微流道尺寸可以達到亞微米級。但由于軟光刻法采用聚二甲基硅氧烷來制作芯片，二甲基硅氧烷的彈性使得微流道在受力狀態下易產生變形，從而制約了二甲基硅氧烷芯片的實際應用；熱壓法、注塑法常用于制作熱塑性聚合物芯片的制作，效率較高，可以實現工業化批量的芯片制造。但是，這兩種方法均需要制作高精密的微流道模具，當芯片結構需要優化時，模具得重新制作。因此，制造成本較高，且耗費工時較長；微機加工和3D打印方法的優勢在于可以根據客戶的需求進行芯片結構定制，加工周期較快。但是，前者所加工的流道的毛刺較多，粗糙度較差，而后者的加工精度較差，且兩種方法的加工通量均較低；目前報道的激光燒蝕法加工芯片靈活性較高，精度也較好，但由于激光直接在工件表面刻盲槽加工，所加工的微流道的深度不易控制。因此，微流控芯片最終成品的尺寸公差難以保證。除了芯片的微流道加工工藝外，芯片的鍵合工藝也對芯片的制造產生較大影響。目前常用的芯片鍵合工藝主要有粘接鍵合、熱壓鍵合、溶劑輔助鍵合、焊接鍵合、表面處理與修飾鍵合等。這些鍵合工藝各有優劣，具體應用需根據芯片材質、結構、精度需求來進行選擇。
[0004]就目前而言，現有的微流控芯片及其制作工藝仍局限于實驗室科研用途，尚未有大規模用于商業應用的報道。究其原因，主要在于現有的微制造工藝限制了微流控芯片的結構設計，使得芯片的結構尺寸和制作穩定性得不到保障，從而導致芯片很難穩定、可靠的批量生產制造。

【發明內容】

[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種夾片式微流控器件及制造方法。該微流控器件結構和制造工藝簡單、成本低廉、成品率高，不僅適用于實驗室科研用單件試制，亦可應用于商業用批量生產制造。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]一種夾片式微流控器件，包括由上到下依次設置的蓋板(I)、一個以上的微流控芯片總成⑶以及底板⑷；
[0008]所述蓋板⑴上設置有樣品入口(12);
[0009]所述微流控芯片總成(3)包括上到下依次設置的第一塑封膜(311)、微流控芯片
(32)以及第二塑封膜(312);所述微流控芯片(32)上設置有微流道(321)和定位孔(322);所述微流道(321) —端設置有進液孔(3211)，另一端設置有出液孔(3212);所述第一塑封膜(311)上設置有上導向孔(3111)和上通孔(3112);所述第二塑封膜(312)上設置有下導向孔(3121)和下通孔(3122)；
[0010]所述底板(4)上設置有導向柱(41)和樣品出口(43);
[0011]所述微流控芯片總成(3)通過上導向孔(3111)、定位孔(322)以及下導向孔(3121)由上到下依次通過導向柱(41)對齊裝配在底板(4)上，且微流控芯片總成(3)位于蓋板⑴和底板⑷之間；所述蓋板⑴的樣品入口(12)通過上通孔(3112)與進液孔(3211)相連通；而樣品出口(43)通過下通孔(3122)與出液孔(3212)相連通。
[0012]優選的:所述蓋板(I)上設置有蓋板密封墊槽(11)，所述底板(4)上設置有底板密封墊槽(42);所述蓋板密封墊槽(11)和底板密封墊槽(42)中均設置有密封墊(2)。
[0013]優選的:所述蓋板⑴和底板(4)的材質為塑料；所述微流控芯片(32)為聚合物或紙張，其對應的厚度為十幾到幾百微米。
[0014]優選的:所述微流道(321)為通槽，定位孔(322)為通孔。
[0015]優選的:微流道(321)為帶有雙入口和雙出口的螺旋形流道，流道寬度為200-1000微米，相鄰流道間隔為0.5-5毫米。
[0016]優選的:微流控芯片總成(3)之間采用注膠或薄密封墊來進行密封。
[0017]一種夾片式微流控器件制造方法，包括以下步驟:
[0018](I)繪制預加工的微流道和定位孔圖案(101)，并將微流道和定位孔圖案(101)輸入至激光機控制系統中；
[0019](2)通過激光機控制系統利用激光直寫方法在聚合物或紙張上對步驟I中繪制的微流道和定位孔圖案(101)進行刻通槽加工，得到微流控芯片半成品(102);
[0020](3)使用第一塑封膜(311)和第二塑封膜(312)對微流控芯片半成品(102)進行上下塑封，使塑封膜上的膠層(103)與微流控芯片半成品(102)緊密粘合；
[0021](4)對步驟(3)塑封后的微流控芯片半成品(102)進行裁剪，得到微流控芯片總成半成品(104)；
[0022](5)在微流控芯片總成半成品(104)上沖裁加工出上導向孔(3111)、上通孔(3112)、下導向孔(3121)以及下通孔(3122)，使得上通孔(3112)與進液孔(3211)相通，下通孔(3122)與出液孔(3212)相通，而后得到微流控芯片總成(3);
[0023](6)利用注塑方法加工出蓋板⑴和底板(4)，并在蓋板密封墊槽(11)和底板密封墊槽(42)中裝配密封墊(2);
[0024](7)將微流控芯片總成(3)通過導向柱(41)裝配到底板⑷上，各個微流控芯片總成(3)的上通孔(3112)和下通孔(3122)之間采用注膠或薄密封墊來進行密封；
[0025](8)將蓋板⑴、密封墊⑵、微流控芯片總成(3)和底板⑷上下壓緊；
[0026](9)對蓋板⑴和底板(4)的周向接縫處(105)加熱，使它們通過熱壓粘合在一起，冷卻后得到夾片式微流控器件。
[0027]優選的:所述激光機控制系統為紫外或者飛秒激光控制系統。
[0028]優選的:所述激光機控制系統的激光平均能量為8-30W，激光直寫的速度范圍為
200-1000mm/so
[0029]優選的:所述塑封溫度為90-160°C，滾輪轉速為0.5-2.5m/min。
[0030]有益效果:本發明提供的一種夾片式微流控器件及制造方法，相比現有技術，具有以下有益效果:
[0031]1.本發明提出的夾片式微流控器件中微流控芯片的原材料采用市場上常用的聚合物或紙張片材，該材料在市場上有多種厚度規格，厚度從十幾到幾百微米，原材料采購便捷，且成本低廉。
[0032]2.采用激光直寫加工，可以在厚度為幾百微米以內的片材上直接加工出微流道的通槽結構。加工出的微流道不僅垂直度較好，而且具有較高的精度。此外，由于加工的微流道為通槽，激光只需加工微流道結構的外部邊緣，無需加工整個微流道平面，因而大大縮短了加工時間。
[0033]3.利用塑封機來實現微流控芯片和塑封膜的粘合，即可得到封閉的微流道圖案，微流道的高度即為聚合物片材的厚度，便于后期芯片結構的尺寸檢測。
[0034]4.將微流控芯片總成熱壓夾緊在蓋板和底板之間，防止塑封膜由于流道內流體壓力過高使得薄膜變形而導致芯片泄漏。這種芯片的夾緊工藝使得微流控芯片總成的鍵合強度進一步增大，從而提高微流控器件后期的應用穩定性。
[0035]綜上所述，相比現有的微流控器件，本發明提出的夾片式微流控器件在原材料采購、零部件制造、檢驗、裝配等各個環節質量都可控，制得的微流控器件精度好、成品率高，可以滿足商業用批量生產制造，具有很好的應用前景。
【附圖說明】
[0036]圖1是夾片式微流控器件的結構示意圖；
[0037]圖2是蓋板的結構示意圖；
[0038]圖3是微流控芯片總成的結構示意圖；
[0039]圖4是微流控芯片的結構示意圖；
[0040]圖5是底板的結構不意圖；
[0041]圖6是夾片式微流控器件的制作工藝流程圖；
[0042]圖7是微流控芯片總成實物截面圖；
[0043]圖8是利用夾片式微流控器件從人體血液中分選乳腺癌腫瘤細胞的實驗效果圖。
[0044]其中，I為蓋板，11為蓋板密封墊槽，12為樣品入口，2為密封墊，3為微流控芯片總成，311為第一塑封膜，312為第二塑封膜，3111為上導向孔，3121為下導向孔，3112為上通孔，3122為下通孔，32為微流控芯片，321為微流道，3211為進液孔，3212為出液孔，322為定位孔，4為底板，41為導向柱，42為底板密封墊槽，43為樣品出口，101為預加工的微流道和定位孔圖案，102為微流控芯片半成品，103為膠層，104為微流控芯片半成品，105為蓋板I和底板4的接縫。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0046]實施例
[0047]—種夾片式微流控器件，可用于循環腫瘤細胞高通量分選器件，如圖1-5所示:包括由上到下依次設置的蓋板1、一個以上的微流控芯片總成(3)以及底板4。
[0048]所述蓋板I上設置有樣品入口 12 ;所述蓋板I上設置有蓋板密封墊槽11，所述底板4上設置有底板密封墊槽42 ;所述蓋板密封墊槽11和底板密封墊槽42中均設置有密封墊2。
[0049]所述微流控芯片總成3包括上到下依次設置的第一塑封膜311、微流控芯片32以及第二塑封膜312 ;所述微流控芯片32上設置有微流道321和定位孔322 ;所述微流道321一端設置有進液孔3211，另一端設置有出液孔3212 ;所述第一塑封膜311上設置有上導向孔3111和上通孔3112 ;所述第二塑封膜312上設置有下導向孔3121和下通孔3122 ;所