辅助溶剂对PMMA微流控芯片模内键合的影响

为了提高聚合物微流控芯片的键合效率,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片为对象,以微型注塑机为平台,研究了聚合物模内键合方法.利用注塑机提供的合模力作为键合力,利用模温机提供键合温度,选择异丙醇作为辅助溶剂,借助溶剂溶解特性来降低模内键合中的键合温度和压力.在30～70℃,用测量显微镜和台阶仪测试分析了不同键合温度条件下,辅助溶剂对芯片的表面形貌和微通道结构的影响;利用辅助溶剂进行模内键合实验,用电子万能实验机测试了芯片的键合强度,对模内键合工艺参数进行了优化.结果表明:异丙醇对键合质量的影响与键合温度、键合时间有关,在较高温度下会使芯片产生皲裂、微沟槽变形和堵塞;在键合温度为35℃,键合时间为5 min时,芯片的表面质量和微沟槽形貌较完整,键合强度不小于2.64 MPa.     

PMMA微流控芯片微通道热压成形与键合工艺研究

微流控芯片在化学分析、临床诊断等领域的应用前景广阔.聚合物材料具有低成本、良好的加工性能、可用热压等快速成形方法加工微通道、易于实现批量生产等优点,适于作为制作微流控芯片的基材.本文研究了微通道热压成形及其芯片制作工艺.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材制作了微流控芯片.在加热软化的PMMA上,用带有凸起微结构的镍模具在基片上压制出开放微通道,讨论了热压过程中温度、压力对芯片微通道成形质量的影响,确立了优化的热压成形工艺.在PMMA玻璃转化点(Tg)附近,通过施加一定的压力,实现基片与盖片的直接键合,获得了密闭分离微通道,并在PMMA微流控芯片上实现了安非他明的分离检测.     

微流控芯片的键合技术与方法

键合是将组成微流控芯片的基片和盖片以某种方式结合在一起,从而形成封闭的微通道的一种装配方法。键合质量直接影响到微通道中流体的运动形态,从而影响检测效果,因此键合是微流控芯片制作过程中非常重要的环节。综述了现有的微流控芯片键合技术和方法,分析了各种键合技术和方法在键合质量、键合效率以及操作简便性等方面的特点,为不同材质、不同应用领域的微流控芯片选择适用的键合方法提供了技术指南,对键合技术的未来发展进行了分析和预测。     

塑料微流控芯片热压及键合设备结构设计研究

微通道的热压成形及盖片与基片的键合是制作塑料微流控芯片的关键工艺。大连理工大学微系统研究中心开发了用于自动化制作塑料微流控芯片的设备。该设备采用封闭的立柱结构，通过力矩电机驱动的螺旋升降机提供所需的压力。对其结构设计进行研究，具体介绍该设备结构设计的特点。     

塑料(PMMA)微流控芯片微通道热压成形工艺参数的确定

采用热压成形的方法制作塑料(PMMA)微流控芯片的微通道,其温度、压力和时间等工艺参数直接影响制作质量,而最佳的工艺参数取决于聚合物材料的流变特性。自行研制了用于塑料微流控芯片制作的热压成形机,能够对热压成形过程中的温度、压力进行精确的控制,利用该设备研究了PMMA在热压成形过程中的流变性能,通过获得的温度压力实验曲线,确定热压成形的温度,并研究了在该温度下压力对变形速率和复制精度的影响,从而确定热压工艺过程中的温度、压力和时间3个工艺参数。     

塑料微流控芯片的超声波焊接键合的仿真

阐述了适合于塑料微流控芯片键合的超声波焊接的原理,设计了适用于微流控芯片的超声波焊接的两种导能筋,利用有限元软件模拟超声波焊接的过程,利用单元的"生死"和热焓法控制相变,计算出导能筋中温度场的分布情况,及微沟道在焊接过程中的变形情况.理论上验证了利用超声波焊接进行芯片键合的可行性.     

塑料微流控芯片微通道热压成形机的研制

微通道热压成形机是大连理工大学微系统研究中心研制的塑料微流控芯片自动制造系统中的重要组成设备.文章介绍了塑料微流控芯片微通道热压成形制作工艺,对所研制的微通道热压成形机的机械结构、温度控制、压力和位移控制以及系统软件的设计特点进行了说明,给出了主要性能指标.微通道热压成形机既可以作为单独的设备使用,也可以与其他设备联成系统.     

微流控芯片注塑成型缺陷的成因与对策

微流控芯片是应用于生物、化学和生物医学等领域的芯片型微全分析系统,是一种表面具有微通道的薄壁塑件,微通道主要用于样本的分离.与热压成型相比,微流控芯片注塑成型效率更高,更适合大批量生产,但其成型质量控制更为复杂.试验发现,微通道复制不完全和表面缩痕是其主要成型缺陷,其对后续的芯片键合以及取样液体的电泳分离都会造成不利的影响.模拟与理论分析以及可视化试验表明,熔体在微通道处出现滞流现象和芯片各部分收缩方向不一致是上述缺陷产生的主要原因.利用正交试验方法进行充模试验,研究各工艺参数(模具温度、注射速度、注射压力和熔体温度等)对微通道复制度的影响.研究结果表明模具温度对提高微通道复制度起决定性作用;注射速度和熔体温度是次要因素,而注射压力相对其他因素影响力较差,但必须保持在一个较高的水平.     

超声波键合熔接结构及压力自平衡夹具

聚合物微流控芯片对键合精度、键合强度及键合效率要求高。为了避免超声波键合中微通道被堵塞,解决键合过程中由调平精度和高频振动引起的键合强度低、键合压力分布不均的问题,设计了一种基于超声波键合的熔接结构和压力自平衡夹具。首先,利用感压胶片对压力自平衡夹具和不带自平衡功能的夹具的压力分布进行测量,并定义了压力分布系数进行量化。其次,利用两种夹具分别对设计芯片进行超声键合,并利用工具显微镜对焊线和微通道截面进行观测。最后,对两组芯片进行键合强度测试和密封性测试。实验结果表明:所设计的熔接接头结构对微通道的控制精度可达2.0μm。压力自平衡夹具结构简单可靠,可提高压力均匀性35.20%~43.18%,并使得焊线均匀一致,同时可提高键合强度15.3%~45.1%,并保证密封性。该熔接结构和压力自平衡夹具可满足聚合物微流控芯片的控制精度、键合强度、压力均匀性及其密封性的要求。     

聚合物微流控芯片的键合技术与方法

在微流控芯片的制作中,键合是关键技术之一,基片与盖片只有通过键合才能形成封闭的微通道,因此键合质量直接影响芯片的制作质量。对键合方法进行了分类,综述了目前已有的芯片键合技术及方法,分析了各种键合方法在制作质量、制作效率以及是否适用于批量化制作等方面的局限性,详细介绍了具有效率高、适合批量化生产等优点的超声波键合技术的研究进展。     

Patterned wafer bonding using ultraviolet adhesive

The process of patterned wafer bonding using ultraviolet (UV) adhesive as the intermediate layer was studied. By presetting the UV adhesive guide-layer, controlling the thickness of the intermediate layer (1– 1.5 μm), appropriate pre-drying temperature (60°C), and predrying time (6 min), we obtained the intermediate layer bonding of patterned quartz/quartz. Experimental results indicate that patterned wafer bonding using UV adhesive is achieved under room temperature. The process also has advantages of easy operation, low cost, and no plugging or leakage in the patterned area after bonding. Using the process, a microfluidic chip for red blood cell counting was designed and fabricated. Patterned wafer bonding using UV adhesive will have great potential in the fabrication of microfluidic chips.     

超声波键合能量引导微结构PMMA基片的制作

为了用超声波键合的方法实现微流控芯片的封装,采用选择性键合方式在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片的微沟道两侧设计、制作了能量引导微结构,用热压法在同一PMMA基片上一次成形了凸起的能量引导微结构和凹陷的微沟道。用套刻和湿法腐蚀的方法制作了复合一体化硅模具。通过正交实验,确定了优化后的热压工艺参数。实验结果表明,由于同时存在凹、凸微结构,因此优化后的热压成形温度比传统的热压凹陷结构的成形温度提高15~20 ℃,在温度为140 ℃、保压时间为300 s、压力为1.65 MPa的实验条件下,微结构的复制精度达到了99％。     

EXPERIMENTAL STUDY ON THE HOT EMBOSSING POLYMER MICROFLUIDIC CHIP

Experiments are used to study the fabrication of polymer microfluidic chip with hot embossing method. The pattern fidelity with respect to the process parameters is analyzed. Experiment results show that the relationship between the imprint temperature and the microchannel width is approximately exponential. However, the depth of micro channel isn＇t sensitive to the imprint temperature. When the imprint pressure is larger than 1 MPa and the imprint time is longer than 2 min, the increasing of imprint pressure and holding time has little impact on the microchannel width. So over long holding time is not needed in hot embossing. Based on the experiment analysis, a series of optimization process parameters is obtained and a fine microfluidic chip is fabricated. The electrophoresis separation experiment are used to verify the microfluidic chip performance after bonding. The results show that 100bp-ladder DNA sample can be separated in less than 5 min successfully.     

塑料电泳芯片热键合的试验研究

塑料电泳芯片具有绝缘性、透光性好、价格便宜、成型容易和批量生产成本低等优点,是一种新型微型分析装置。研究塑料电泳芯片热键合工艺过程和工艺参数,通过试验建立微通道变形与热键合温度、压力、时间和模压工艺参数的关系,由此提出减小微通道变形的方法,对于完善塑料电泳芯片结构设计和制作的基本理论和基本技术具有积极意义。     

Polymer lab-on-chip systems with integrated electrochemical pumps suitable for large-scale fabrication

A low-cost, polymer-based microfluidic platform is described that not only includes passive microfluidic parts, but also pumps based on an on-chip electrochemical gas generation by electrolysis. A hydrogel is used as electrolyte material, which allows a simple fabrication process by screen printing or stencil printing. Test structures were designed and fabricated to illustrate the feasibility of the approach for batch processing. Microfluidic chips including reservoirs and channel structures were fabricated by microinjection molding and used to demonstrate the movement of liquids inside microchannels by the proposed micropumps. The channel system was furthermore functionalized by a plasma surface treatment to form hydrophobic and hydrophilic areas. For sealing of the channel system, as well as for bonding the microfluidic part to glass-like sensor parts, laser-cut adhesive tapes were applied.     

变温蠕变实验的COP微流控芯片热压制备

采用热压方法制备了COP微流控芯片。由于温度对微结构热压成形的质量影响最大,基于材料的粘弹性特性,通过变温准蠕变实验获得热压参考温度T_r,即从材料玻璃点温度以下开始,以1.5 ℃/min的温升速率,在热压工作压力下热压聚合物基片,通过温度-位移实时采集系统获得材料的温度-形变曲线,曲线的拐点对应的温度即是热压参考温度。实验证明了在该温度下热压成形具有高复制精度和低整体变形,微结构宽度和深度方向的复制精度分别达到97.6%和94.3%。电泳实验和DNA分析实验得出COP芯片具有良好的生物兼容性,适用于生化分析。     

塑料电泳芯片微结构模压的试验研究

塑料电泳芯片具有绝缘性、透光性好,材料价格便宜,成型容易,批量生产成本低等优点,是一种新型微型分析装置。研究塑料电泳芯片微通道模压的工艺过程和工艺参数,通过试验建立微通道尺寸与模板微凸起尺寸和模压工艺参数的关系,在此基础上提出了一种新的模压工艺,对于完善塑料电泳芯片结构设计和制作的基本理论和基本技术均有较大意义。     

热压法快速制作微流控芯片模具

提出了一种微流控芯片模具的快速批量制作方法。应用光刻与湿法腐蚀技术制作玻璃母模,然后采用热压成形技术批量制作聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阳模,再利用阳模浇模、键合批量制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。结果表明,该法制作的PMMA模具及复制得到的PDMS芯片平整度好、一致性高,其沟道宽度和深度的相对标准偏差分别小于0.5%和1.5%。