微流控芯片的复型模具制作以及它的微流控芯片检测系统制备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于感光性干膜的微流控芯片的复形模具制作方法，以及将微流控芯片和导电薄膜电极结合制作微芯片电泳非接触式电导检测系统的制作方法。
【背景技术】
[0002]微流控芯片通过把化学、物理、生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检验、细胞培养等基本操作单元集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，并以可控的微量流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或者生物实验室的各种功能。
[0003]非接触式电导检测(CCD)的原理是基于分析物和背景缓冲溶液之间电导率的差别，通过连续测量流经两电极之间电流的变化实现定量检测。CCD中，电极不与溶液直接接触，而是在交流激发电压下与通道中的溶液进行电容耦合。
[0004]高分子聚合物是一种用于制作微流控芯片的模型胶，它加工成型方便，原材料成本低，适于大批量制作。通过在微流控芯片复形模具上浇注液态高聚物，待其固化后将其与模具剥离，便能在高聚物表面形成与模具一致的图案。
[0005](XD中，通过在电极和微通道之间加入一层薄的绝缘材料，即制备成可用于(XD的检测器。成功避免了电极中毒和气泡产生，有效避免了高压电场的干扰，大大降低背景噪音，提高检测灵敏度。
[0006]现在用于制作高聚物微流控芯片复形模具的常用方法，是将液体光刻胶固化成光刻胶涂层，然后通过紫外光照射带有图案的掩膜，再使用光刻胶液掩膜下面的光刻胶涂层，在基板上获得所需形状的模具。但是使用液体光刻胶制作基片模具需要昂贵的仪器设备和无尘环境，并且操作过程复杂费时，这使得非专业人员制作复形模具受到了技术和设备限制，极大地阻碍了高聚物微流控芯片在普通实验室的广泛使用。
【发明内容】
[0007]针对使用液体光刻胶制作复形模具需要昂贵的仪器设备和无尘环境，以及操作过程费时复杂的缺点，本发明的目的在于提供一种微流控芯片的复形模具制作方法，使微流控芯片的制作能够在常规实验室内完成，方便简单，成本低，易于普及。
[0008]本发明的目的之二在于，提供一种可以能够以快捷、经济、低成本的方式，在普通的实验室就可操作完成制备微芯片电泳非接触式电导检测系统的方法。
[0009]本发明的微流控芯片复形模具制作方法，包括以下制备步骤:
[0010](I)贴膜和压膜:在非曝光的条件下，将感光性干膜贴合于经过清洗干燥的基片上，通过塑封机使两者紧密结合；
[0011](2)曝光:将光刻掩膜紧贴于感光性干膜上，通过曝光，则光刻掩膜图案所透射的光使其下面的感光性干膜变性；
[0012](3)显影:通过显影液对感光性干膜进行显影，使得光刻掩膜图案以外的感光性干膜部分将被清洗掉，清洗残留的显影液并干燥，得到所需的复形模具。
[0013]通过重复步骤(I)和步骤(2)，可以获得具有多层结构的微流控芯片基片模具。
[0014]本发明所述的非曝光条件是暗室红光的条件。
[0015]本发明的具体的实施步骤如下:
[0016](I)贴膜和压膜:先对基片进行预处理，即采用超纯水超声清洗基片，并放入烘箱烘干。
[0017]去除感光性干膜外层的保护膜，然后于暗室红灯下将感光性干膜与基片贴合。将贴好干膜的基片放入保护壳中，缓慢通过塑封机数次，使感光性干膜和基片紧密贴合。
[0018](2)曝光:将光刻掩膜紧贴于干膜上，然后放入曝光仪器中曝光，光刻掩膜图案所透射的光使其下面的感光性干膜变性。
[0019](3)显影:移去光刻掩膜和感光性干膜表面所剩的另外一层保护膜，使用显影液对感光性干膜进行显影，光刻掩膜图案以外的感光性干膜部分将被清洗掉，最后清洗残留的显影液并吹干，得到所需的复形模具。
[0020]作为优选，基片为玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯塑料、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
[0021]作为优选，感光性干膜为光敏性干膜。
[0022]作为优选，光刻掩膜由菲林掩膜或玻璃掩膜制备。
[0023]作为优选，光刻掩膜图案由图形处理软件绘制。
[0024]作为优选，显影剂为质量浓度0.85%的碳酸钠溶液。
[0025]作为优选，具有多层结构的复形模具中每层结构的形状与该次曝光所使用的光刻掩膜形状一致。
[0026]作为优选，具有多层结构的复形模具，每层结构的厚度与所使用感光性干膜厚度一致。
[0027]本发明将微流控芯片和导电薄膜检测电极结合制作微芯片电泳非接触式电导检测系统，包括以下制备步骤:
[0028](I)制作微芯片通道盖板:取液态高分子聚合物浇注在上述方法制得的微流控芯片复形模具上，加热，待液态高聚物充分固化后，与模具剥离，即得到有内凹通道的微流控芯片通道盖板；
[0029](2)清洗薄膜电极板:用碱液清洗导电薄膜检测电极的基底后用超纯水清洗残留溶液并干燥；
[0030](3)封接芯片:用氧等离子体处理微流控芯片通道盖板表面；将微流控芯片通道盖板有凹口的一面与所述的导电薄膜电极的基底封接，得到需要的微流控芯片电泳非接触式电导检测系统；
[0031 ] 所述导电薄膜检测电极是在电绝缘层基底上设有导电薄膜。
[0032]作为优选，所述的碱液为质量浓度1.5%的氢氧化钠溶液。
[0033]本发明的曝光仪器可以为紫外曝光箱和其他紫外光源。
[0034]本发明的导电薄膜的检测电极可以用于现有技术中制作非接触式电导检测(CCD)的方法，即将贵金属薄膜通过电沉积技术溅射/蒸发沉积在玻璃或高聚物基底上，后使用光刻和技术对其进行图案化，即得到所需图形的微电极；或是按下述制备方法制备得到。
[0035]基于导电薄膜的检测电极的制作方法，包括以下制备步骤:
[0036](I)贴膜和压膜:在非曝光的条件下，将光敏材料涂布或贴合在导电膜层上；通过塑封机使光敏材料和导电薄膜紧密贴合；
[0037](2)曝光:将光刻掩膜紧贴于光敏材料上，曝光，则光刻掩膜图案所透射的光使其下面的光敏材料变性；
[0038](3)显影:采用显影液对光敏材料进行显影，光刻掩膜图案以外的光敏材料部分被清洗掉；清洗残留的显影液；
[0039](4)刻蚀:将显影后的材料放入刻蚀液中对导电薄膜进行化学刻蚀，光敏材料所覆盖图案以外的导电薄膜部分被蚀刻掉；清洗残留的刻蚀液；
[0040](5)去除光敏材料:将刻蚀后所得的光敏材料-导电薄膜材料放入可去除光敏材料的溶液中，显影的光敏材料被去除掉；最后清洗残留的溶液并干燥，得到所需的导电薄膜电极。
[0041]进一步的，所述的检测电极的具体的实施步骤描述如下:
[0042](I)贴膜和压膜:去除导电薄膜外层的保护膜，然后于暗室红灯下将光敏材料涂布或贴合在导电膜层上。将涂布或贴好光敏材料的导电薄膜放入保护壳中，缓慢通过塑封机数次，使光敏材料和导电薄膜紧密贴合。
[0043](2)曝光:将光刻掩膜紧贴于光敏材料上，然后放入曝光仪器中曝光，光刻掩膜图案所透射的光使其下面的光敏材料变性。
[0044](3)显影:移去光刻掩膜和光敏材料表面所剩的另外一层保护膜，使用显影液对光敏材料进行显影，光刻掩膜图案以外的光敏材料部分将被清洗掉，然后清洗残留的显影液。
[0045](4)刻蚀:将显影后的材料放入刻蚀液中对导电薄膜进行化学刻蚀，光敏材料所覆盖图案以外的导电薄膜部分被蚀刻掉，然后清洗残留的刻蚀液。
[0046](5)去除光敏材料:将刻蚀后所得的光敏材料-导电薄膜材料放入可去除光敏材料的溶液中，显影的光敏材料被去除掉，最后清洗残留的溶液并吹干，得到所需的导电薄膜电极。
[0047]作为优选，所述导电薄膜为透明导电薄膜；更进一步优选石墨烯膜、氧化铟薄膜、
氧化锡薄膜、氧化锌薄膜或二氧化钛薄膜。
[0048]所述氧化铟薄膜为氧化铟锡薄膜、掺钼氧化铟薄膜、掺钨氧化铟薄膜或掺铋氧化铟薄膜。
[0049]本发明中作为优选，显影液为碳酸钠溶液。最优选的质量浓度为0.85%碳酸钠溶液。
[0050]本发明中作为优选，刻蚀液为盐酸溶液。其最优选5% (v/v)盐酸溶液。
[0051]本发明中作为优选，去除光敏材料溶液为质量浓度1.5%氢氧化钠溶液。
[0052]作为优选，ITO电极的形状与该次曝光所使用的光刻掩膜形状一致。
[0053]作为优选，电绝缘层基底为高分子聚合物基板(如聚对苯二甲酸乙二酯基板、聚乙烯膜)或玻璃。
[0054]本发明与现有技术相比的优点在于:发明人采用了一种新的制备模式，本发明使用感光性干膜作为微流控芯片复形模具的材料，使复形模具的制作不再依赖昂贵的设备和超净的工作环境，通过本发明的制备方法，只需要用到实验室可容易得到的感光性干膜，家用封塑机，紫外曝光台进行光刻胶的图形化，以及家用喷墨打印机制作掩膜这些简单的设备处理，就可制得微流控芯片复形模具，并且简化了制作过程，降低了制作成本，使微流控芯片的制作在普通实验室普及成为可能。
【附图说明】
[0055]图1为本发明基于感光性干膜制作微流控芯片复形模具。
[0056]图2为本发明基于导电薄膜检测电极。
[0057]图3为本发明中直线型通道的复形模具图。
[0058]图4为本发明中T型通道的复形模具及PDMS微流控芯片图，a为T型通道的复形模具，b为模具复形后得到的PDMS微流控芯片图。
[0059]图5为T型通道PDMS微芯片中的微液滴形成图。
[0060]图6为本发明中ITO导电薄膜电极图。激发电极和接收电极分别长1mm，宽0.5mm。接地屏蔽电极宽0.2mm。
[0061]图7为本发明中PDMS盖板和ITO薄膜电极结合的微芯片非接触式电导检测系统图。
[0062]图8为本发明中微芯片电泳非接触式电导检测系统分离检测K+，Na+和Li +的电泳图谱；分别