一種基于PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法，涉及一種微流控芯片的鍵合方法。本發明專利技術的鍵合方法包括如下步驟：把預制的兩塊吸波加熱基板分別與芯片的上下兩個表面貼合，然后放入密閉容器內，用高頻電磁波在密閉容器內輻射加熱，微波功率為400-1000W，鍵合界面最高瞬時溫度范圍控制在95-200℃，鍵合時間為30-200S。相比國內外其它聚合物微流控芯片的鍵合方法，這種新型的方法需要的設備簡單，工藝成本低、步驟少，易于在聚合物材質微流控芯片的鍵合領域推廣應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種微流控芯片的鍵合方法，具體涉及一種基于PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯，俗稱有機玻璃)及其它有機聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法。
技術介紹
微流控芯片是指通過微加工技術及其它加工方法將一個生物或化學實驗室微縮到一塊只有幾平方厘米大的薄片上。在一塊芯片上構建的化學或生物實驗室可以將化學和生物領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測，細胞培養、分選、裂解等基本操作單元進行集成。最終，上述的操作單元可以集成到一塊很小的芯片上，由微通道形成網絡，用可控流體貫穿整個系統，用以實現常規化學或生物實驗室的各種功能。 該技術具有高效、低耗優勢，在檢測中所需樣品量少，檢測時間短，芯片能夠對特定離子、化合物、DNA片段等做出高靈敏有效檢測，檢測成本低。該技術可以被廣泛地應用于環保、軍事、醫藥、生化等領域。近年來，隨著微加工技術、MEMS技術以及電子技術的日益成熟，微流控芯片開始向集成化、微型化方向發展。目前聚合物材質的微流控芯片在國內外比較典型的鍵合方式主要是熱壓法、超聲波鍵合法等。熱壓法的高精度粉末壓片機成本較高，設備開機預熱和鍵合的時間都比較長，并且在鍵合過程中需要施加一定的壓力，容易造成微溝道橫截面形狀的改變。在進行熱壓鍵合之后，微流控芯片上的有機物會附著在壓片機加熱塊或者墊片上，不易清洗。超聲波鍵合法在使用的時候需要在芯片上制作導能筋，這增加了芯片制作工藝的工序和復雜度。當超聲波發生器本身的功率不足以融化導能筋的時候，還需要對芯片進行升溫預熱。同時，和熱壓法一樣，超聲鍵合法通常也需要在微流控芯片的上下表面施加一定的壓力。如果控制不當，同樣會增加溝道形變量。此外，其它的將上下兩個基片結合的封合方法也存在一些問題，如膠粘法，在粘合過程中容易堵塞微溝道，并且膠的固化時間也比較長。總之，上述聚合物微流控芯片的鍵合方法在實際應用過程中存在各種實際問題。這有悖于微流控芯片通過集成化、微型化實現普及的宗旨，從而限制其在各個領域的應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法，它可以簡化芯片鍵合的工藝流程，縮短芯片鍵合時間，保證微流控芯片鍵合質量，從而有利于微流控芯片的普及。本專利技術的目的是通過如下方案實現的 把預制的兩塊吸波加熱基板分別與芯片的上下兩個表面貼合，然后放入密閉容器內，用電磁波在密閉容器內輻射加熱，微波功率可以在400-1000W內調節，鍵合界面最高瞬時(不超過3秒)溫度范圍控制在95-200°C，鍵合時間在30-200S。本專利技術中，所述耐高溫材料可以是熔點高于300°C的金屬材料以及其它高溫耐火材料，比如耐火磚。本專利技術中，所述低溫玻璃漿料的固化溫度在200_700°C之間。本專利技術中，吸波放熱材料的質量占比為20-40%，其余為電子漿料。本專利技術把預制的兩塊吸波加熱基板分別與芯片的上下兩個表面貼合，用電磁波在密閉容器內輻射加熱，此時熱量傳導到芯片兩個基片的交界處，使之處于短暫半熔融狀態完成鍵合。其中，預制的加熱基板混有電磁波吸收材料(摻入質量可以精確控制到O. Img的級別)，在受到大功率微波輻射后，會產生大量的熱。電磁發生裝置所發出的微波功率和發射時間可以分別精確控制到瓦和秒級。所以，鍵合界面處的半熔融狀態可以得到有效控制，從而減小微溝道的形變量。電磁波發射裝置、兩個微波吸收基板和聚合物微流控芯片均被置于一個可以防止電磁波泄漏并且有一定隔熱作用的封閉容器內。芯片的選材為有機玻璃以及其它有機聚合物，芯片的幾何形狀不受限制，鍵合后的微溝道形變量不足2%。 本專利技術采用微波加熱的方式，在鍵合的時候不需要施加外部壓力，相比國內外其它聚合物微流控芯片的鍵合方法，這種新型的方法需要的設備簡單，工藝成本低、步驟少，易于在聚合物材質微流控芯片的鍵合領域推廣應用，具有如下優點 1、將吸波材料受到微波輻射產熱機理和聚合物微流控芯片的鍵合工藝進行有機結合； 2、制作PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合工藝參數容易控制，使得微流控芯片的鍵合工藝流程得到簡化，鍵合時間縮短； 3、鍵合過程中的溫度上升速率可以通過調整電磁波功率和電磁波輻射時間以及加熱基板中吸波材料的含量來進行調控； 4、鍵合后的微流控芯片的溝道形變量小； 5、鍵合方法簡單易行，鍵合裝置成本低，便于推廣普及； 6、PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片鍵合的成本低。附圖說明圖I為鍵合前的微流控芯片的橫截面示意圖。圖2為鍵合后的微流控芯片的橫截面示意圖。圖3為鍵合前的微流控芯片的橫截面實物圖。圖4為鍵合后的微流控芯片的橫截面實物圖。圖5為加熱基板I旲具不意圖。圖6為電磁波鍵合裝置的結構示意圖。具體實施例方式具體實施方式一首先，制備兩塊表面平整的吸波加熱基板，摻雜吸波材料的質量比例在27%。在制備時，在加熱基板材料中混入適量的可以在微波輻射下產熱的物質。將芯片的兩片基片對齊蓋合。將一片加熱基板水平置入帶有電磁波發生裝置的密閉容器中，然后將微流控芯片(包括基片和蓋片)放在加熱基板上。之后，將另一片加熱基板水平蓋在微流控芯片上。將芯片和加熱基板置入密閉容器后，將容器閉合。其中，微流控芯片上微溝道的尺寸為156μπιΧ150μπι。將電磁波功率設定為800W，定時為40秒，鍵合溫度控制在95-200°C的范圍內，啟動電源。鍵合過程結束后，開啟容器待加熱基板和芯片冷卻。冷卻后，移開覆蓋在芯片上面的加熱基板，取出芯片。經過顯微觀測，芯片鍵合后，微溝道的幾何尺寸為150 μ mX 145 μ m。經計算，微溝道鍵合后的形變量小于2%。至此，微流控芯片的鍵合過程完成。兩塊加熱基板可以反復使用。圖I和圖2為鍵合前與鍵合后的溝道形變示意圖，圖3和圖4是鍵合前與鍵合后的溝道形變實物圖，其中圖3和圖4為同一溝道的不同方向的橫截面。本實施方式中，所述吸波加熱基板的制備方法為首先，根據所鍵合的芯片尺寸，用耐高溫材料制作一個加熱基板模具，如圖5所示。然后，將低溫電子漿料與吸波放熱材料均勻混合均勻后，置入模具中，在450°C的條件下燒結3-15min。待冷卻后脫模取出即制成加熱基板。所述吸波材料可以是碳納米管、納米級碳粉等吸波材料，摻入的吸波材料的量可以精確控制到O. Img0由于具體實施方式是對技術方案的解釋說明，提供具體的數值即可，所以將上述范圍修改為具體數值。 如圖6所示，本實施方式所用的電磁波鍵合裝置由電磁波發生裝置2、功率控制器3、定時器4、K型測溫熱電偶與溫度顯示器5、防電磁波泄漏的隔熱密閉容器I、加熱基板6組成。所述防電磁波泄漏的隔熱密閉容器I是利用微波屏蔽材料和隔熱材料制作而成的微波加熱裝置的外殼，該密閉容器能夠有效隔絕電磁輻射，防止對操作者的傷害；同時，容器在密閉狀態下能夠一定程度上防止熱量的散失。隔熱密閉容器I內部設置有電磁波發生裝置2和加熱基板6，溫度傳感器(即K型熱電偶)與加熱基片6相連接，溫度顯示可以精確到O. I度，能夠實時顯示溫度的波動，當溫度出現異常波動時，可以對鍵合過程實施人為的干預或者終止。隔熱密閉容器I底部內置梯形的載物臺8，載物臺8用以承載加熱基板6和被加熱的微流控芯片7。其中，微波可以通過的耐高溫載物臺8。電磁波發生裝置2為內置磁控管的微波發生裝置，位于容器的右上方，磁控管與位于隔熱密閉本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于PMMA及其它聚合物材質的微流控芯片的鍵合方法，其特征在于所述鍵合方法包括如下步驟：把預制的兩塊吸波加熱基板分別與芯片的上下兩個表面貼合，然后放入密閉容器內，用微波在密閉容器內輻射加熱，微波功率為400？1000W，鍵合界面最高瞬時溫度范圍控制在95？200℃，鍵合時間為30？200S。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉曉為，韓小為，王蔚，田麗，張賀，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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