玻璃微流控芯片的制作

1、第2卷第1期2004年3月納米技術(shù)與精密工程N(yùn) anotechnology and Precision E ngineeringVol.2No.1Mar.2004玻璃微流控芯片的制作羅怡,婁志峰,褚德南,劉沖,王立鼎(大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院微系統(tǒng)研究中心,大連116023摘要:玻璃微流控芯片的研究在近十年得到了重視,但是多數(shù)研究基于7740玻璃制作,由于基材需要拋光以及涂覆掩蔽層,價(jià)格昂貴.作者研究了一種在商品化的SODA2L IME玻璃(掩蔽層為厚度145±15nm的Cr和575±25nm的光刻膠S108上制作微流控芯片的方法,減少了對(duì)掩蔽層濺射設(shè)備的需求,降低了生產(chǎn)成

2、本并縮短了生產(chǎn)周期.采用照相制版的方法制作溝道寬度為50m的掩模;光刻后根據(jù)溝道深度要求選擇腐蝕液濕法腐蝕溝道;優(yōu)化超聲鉆孔儀的電流參數(shù)制作直徑3mm的儲(chǔ)液池,清洗后采用熱鍵合對(duì)芯片進(jìn)行封接;最后在有效分離長(zhǎng)度為35mm的芯片上實(shí)現(xiàn)多組分樣品分離,采用激光誘導(dǎo)熒光獲得檢測(cè)信息.關(guān)鍵詞:微流控芯片;濕法腐蝕;熱鍵合中圖分類號(hào):TN405文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):167226030(20040120020204F abrication ofG lass Microfluidic ChipL UO Y i,LOU Zhi2feng,CHU De2nan,L IU Chong,WAN G Li2ding

3、(MST Research Center,School of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116023,ChinaAbstract:Many researches have focused on the glass microfluidic chip in the past decade and most of them are based on Pyrex7740.Since the substrate needs polishing and sputtering masking layer,the

4、 chip is expensive. This paper presents a new way to fabricate microfluidic chip which is made from commercialized SODA2L IME glass(the masking layer is Cr with thickness of145±15nm and the photoresist is S108with thickness of575±25nm.The sputtering before photolithograph is avoided thus i

5、t cuts down the cost and shortens the pro2 duction cycle.The mask was photoengraved to obtain a50m wide pattern;following the photolithograph,a reagent was chosen to wet etch the glass substrate;3mm2diameter reservoirs were formed using an ultrasonic driller with its current parameters optimized;aft

6、er cleaning the substrate,the glass chip packaging was finished by direct bonding.The multi2ingredient sample separation was realized on the35mm long chip,and L IF was used to detect the signal.K eyw ords:microfluidic chip;wet etching;direct bonding毛細(xì)管電泳芯片的制造材料主要有硅、玻璃和有機(jī)聚合物三大類.與其它材料相比,玻璃芯片的優(yōu)點(diǎn)在于:材料容易

7、獲得;制作設(shè)備與傳統(tǒng)的IC工藝設(shè)備兼容性好,容易獲得微細(xì)完美的溝道;透光性好,檢測(cè)時(shí)產(chǎn)生的背景熒光遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有機(jī)聚合物.玻璃微流控芯收稿日期:2003212214.基金項(xiàng)目:國(guó)家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃MEMS重大專項(xiàng)B類資助項(xiàng)目(2002AA404460.片的研究在近10年得到了重視,但是多數(shù)研究基于7740玻璃制作的微流控芯片,因?yàn)榛男枰獟伖庖约巴扛惭诒螌?價(jià)格昂貴26.筆者研究了利用商品化SODA 2L IM E 玻璃制作微流控芯片的工藝,降低了生產(chǎn)成本,減少了制作時(shí)間.1玻璃微流控芯片的制作工藝玻璃微流控芯片的制作過程如圖1所示 .圖1玻璃微流控芯片的制作工藝流程1.1掩模的制作筆者采

8、用兩種方法制作掩模.本研究的掩模溝道寬度為50m ,故采用照相制版的方法制作掩模,如圖2所示 .圖2微流控芯片的設(shè)計(jì)與掩模1.2光刻本研究的琉璃材料是勻膠鉻板玻璃,即玻璃表層122004年3月羅怡等:玻璃微流控芯片的制作速度受超聲鉆孔儀的電流強(qiáng)度影響.電流強(qiáng)度越大,鉆孔速度越快,但是越容易在鉆孔的初始和結(jié)束階段造成邊界的塌陷.尤其是在結(jié)束階段,需要有足夠的玻璃厚度保證實(shí)施低速鉆孔,獲得流暢的出口.SODA 2L IM E 玻璃的厚度是2.3mm ,儲(chǔ)液池直徑為3mm.圖4為超聲鉆孔過程的電流強(qiáng)度控制曲線 . 圖3微流控芯片的溝道圖4超聲鉆孔的電流強(qiáng)度控制曲線1.5掩蔽層去除溝道腐蝕結(jié)束后,Cr

9、 和光刻膠掩蔽層就結(jié)束了使玻璃微流控芯片的鍵合方式有熱鍵合、陽極鍵合和間質(zhì)鍵合3大類.根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件,選擇熱鍵合對(duì)加工好的基片、蓋片進(jìn)行封接.2實(shí)驗(yàn)加工的芯片如圖5所示.濃度為5×10-5mol/L 的羅丹明 B 溶液在微溝道中利用激光誘導(dǎo)熒光產(chǎn)生的檢測(cè)信息如圖6所示 .圖5微流控芯片圖6微溝道中的激光誘導(dǎo)熒光強(qiáng)度微流控芯片的電泳分離效果如圖7所示.緩沖液為200的HPMC ,PH 值為8.3,分離溝道的有效長(zhǎng)度為35mm ,溝道內(nèi)表面未修飾,在60s 的時(shí)間內(nèi)順利實(shí)現(xiàn)了不同物質(zhì)的有效分離.22納米技術(shù)與精密工程第2卷第1期圖7微溝道中的電泳分離圖譜3結(jié)語參考文獻(xiàn):1Harrison

10、 D J,Fluri K,Seiler K,et al.Micromachining aminiaturized capillary electrophoresis2based chemical analysissystem on a chipJ.Science,1993,261:895897. 2湯揚(yáng)華,周兆英,葉雄英,等.毛細(xì)管電泳芯片的制造J.微細(xì)加工技術(shù),2001(1:6266.3金亞,羅國(guó)安,湯揚(yáng)華,等.集成毛細(xì)管電泳芯片系統(tǒng)的制作、測(cè)試及應(yīng)用J.分析科學(xué)學(xué)報(bào),2001,17(2:148152.4殷學(xué)鋒,方群,凌云揚(yáng).微流控分析芯片的加工技術(shù)J.現(xiàn)代科學(xué)儀器,2001(4:1014.5Roulet J C,Volkel R,Herzig H P,et al.Fabrication ofmultilayer systems combining microfluidic and micro opticalelements for fluorescence detectionJ.Journal of Micro2elect romechanical Systems,2001,10:482491.6Tom Mccreedy.Rapid prototyping of glass and PDMS mi2crostructures