基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合方法及装置

本申请涉及芯片，特别涉及一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合方法及装置。

背景技术：

1、微流控芯片又称为芯片实验室，它把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微纳米尺度的芯片上，从而实现医学分析设备的微型化、便携化和多功能化。

2、高分子聚合物的微流控芯片具有易成型、生物相容性好等优势，因此得到广泛关注和研究，其通常由下底板和上盖板组成。在微流控芯片的制备过程中，芯片下底板和上盖板之间键合起来形成封闭的微空腔结构是芯片制造的重要步骤，该封闭的空腔结构包括微通道、微储液室等结构，具有进样、流动、分离等物理化学分析功能。在键合过程中，要求芯片下底板和上盖板上的微结构不会被污染或发生变形/堵塞等，避免影响其分析功能。

3、相关技术中，微流控芯片键合的方法可分为有间质键合和无间质键合，其中，有间质键合包括溶剂键合、胶粘接键合；无间质键合包括热压键合、表面改性热键合、超声波键合等方法。

4、然而，有间质键合方法缺点在于外来物质的引入可能会影响芯片的化学兼容性和生物适应性，且键合精度不高，均一性不好；无间质键合方法，如热压键合不会对芯片造成污染，但无法同时兼顾键合强度和结构变形，表面改性热键合可降低微结构的变形量但是其加工效率较低，超声波键合键合时间短、效率高，且大部分工艺都需引入导能筋，增加了芯片模具制作时的复杂度。因此，相关技术中的方法难以兼顾塑料微流控芯片的键合强度、制造精度、密封程度以及加工效率，或者可能会对微流道造成污染，亟待解决。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合方法及装置，以解决微流控芯片有间质键合过程中键合精度低、化学兼容性、生物适应性差等问题，该方法适用于聚苯乙烯、pmma(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等高分子聚合物基体的微流控芯片上盖板与下底板间的键合和密封，简化现有的聚合物芯片键合的工艺流程，提高加工效率，实现批量化生产。

2、本申请第一方面实施例提供一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合方法，所述微流控芯片由上盖板和下底板组成，所述下底板具有微流道，其中，所述方法包括以下步骤：

3、以所述聚合物微流控芯片键合装置操作平台为定位面，通过至少一个真空吸盘将所述下底板吸附在所述定位面，并利用所述聚合物微流控芯片键合装置的打印喷头在所述下底板上喷印出与所述微流道形状相匹配的加热电阻元件；

4、测量所述加热电阻元件的电阻值，并基于预设的安装策略，将所述上盖板安装在所述下底板上；以及

5、根据所述电阻值确定所述加热电阻元件的待施加电流值，并施加所述待施加电流值至所述加热电阻元件，并利用预设的气动压头向所述上盖板施加键合压力，以在加热电阻元件达到预设温度后将所述上盖板和下底板之间的熔接区加压熔接在一起，并在所述熔接区冷却后得到所述微流控芯片，其中，所述待施加电流值为恒定电流值。

6、可选地，在一些实施例中，所述利用所述聚合物微流控芯片键合装置在所述下底板上喷印出与所述微流道形状相匹配的加热电阻元件，包括：

7、根据所述微流道形状生成加热电阻元件图形文件；

8、将所述加热电阻元件图形文件导入所述聚合物微流控芯片键合装置，以通过所述聚合物微流控芯片键合装置规划打印喷头的运动路径，并在所述运动路径规划完成后，通过所述打印喷头沿着所述运动路径喷印出与所述微流道形状相匹配的加热电阻元件。

9、可选地，在一些实施例中，所述测量所述加热电阻元件的电阻值，包括：

10、确定所述加热电阻元件的至少一个电阻值测量位置；

11、测量所述至少一个电阻值测量位置的电阻值，并根据所述至少一个电阻值测量位置的电阻值得到所述加热电阻元件的电阻值。

12、本申请第二方面实施例提供一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合装置，包括：

13、操作平台、数控系统、运动平台、打印喷头、供粉系统、气动压头、气压装置、电阻检测装置和供电电源；其中，

14、所述运动平台位于所述微流控芯片键合装置的最下方，用于实现预设方向的运动；

15、所述电阻检测装置设置于所述运动平台上方，用于检测所述加热电阻元件的电阻值；

16、所述操作平台设置于所述电阻检测装置上方，用于安装和定位微流控芯片的下底板；

17、所述打印喷头位于所述运动平台和所述操作平台上方，用于打印所述加热电阻元件；

18、所述供粉系统设置于所述打印喷头上方，在接收到所述数控系统发出的打印指令后，所述供粉系统结合所述打印喷头打印所述加热电阻元件；

19、所述气动压头设置于所述操作平台上方，且设置在所述打印喷头的左侧，在使用时，由所述气压装置带动所述气动压头，对微流控芯片的上盖板施加压力，使所述上盖板与所述加热电阻元件和所述微流控芯片的下底板紧密结合；

20、所述运动平台、所述打印喷头、所述供粉系统和所述气压装置均根据所述数控系统的控制指令执行相应的动作；

21、所述供电电源用于向所述加热电阻元件提供恒定电流。

22、由此，本申请利用聚合物微流控芯片键合装置的打印喷头在下底板上喷印出与微流道形状相匹配的加热电阻元件，再向加热电阻元件通以恒定电流熔化微流控芯片上下盖板之间的熔接区，使用预设的气动压头将微流控芯片上下盖板加压熔接在一起，形成完整的微流控芯片。由此，解决了微流控芯片有间质键合过程中键合精度低、化学兼容性、生物适应性差等问题，该方法适用于聚苯乙烯、pmma等高分子聚合物基体的微流控芯片上盖板与下底板间的键合和密封，简化现有的聚合物芯片键合的工艺流程，提高加工效率，实现批量化生产。

23、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合方法，其特征在于，所述微流控芯片由上盖板和下底板组成，所述下底板具有微流道，其中，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述聚合物微流控芯片键合装置在所述下底板上喷印出与所述微流道形状相匹配的加热电阻元件，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量所述加热电阻元件的电阻值，包括：

4.一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合装置，其特征在于，包括：

技术总结
本申请涉及一种基于电阻加热熔接的聚合物微流控芯片键合方法及装置，该微流控芯片由上盖板和下底板组成，下底板具有微流道，其装置包括：操作平台、数控系统、运动平台、打印喷头、供粉系统、气动压头、气压装置、电阻检测装置和供电电源，其键合方法包括：利用聚合物微流控芯片键合装置在下底板上喷印出与微流道形状相匹配的加热电阻元件，再向加热电阻元件通以恒定电流熔化微流控芯片上下盖板之间的熔接区，使用预设的气动压头将微流控芯片上下盖板加压熔接在一起，形成完整的微流控芯片。由此，解决了微流控芯片有间质键合过程中键合精度低、化学兼容性、生物适应性差等问题，简化聚合物芯片键合的工艺流程，提高加工效率，实现批量化生产。

技术研发人员：刘国栋,巩泽宇,李朝将,金鑫
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15