一种基于光固化成型技术的多层微流控芯片快速制备方法

本发明涉及光固化成型，尤其涉及一种基于光固化成型技术的多层微流控芯片快速制备方法。

背景技术：

1、微流控是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，在医学检测、生物研发、材料合成等各领域有广泛的应用前景。现有的微流控芯片加工方法主要包括光刻、刻蚀、模塑、热压、激光烧蚀等。上述方法大多需要昂贵的设备、苛刻的加工环境、复杂的加工程序、富有经验的加工人员，以及后续需要芯片封接等一系列技术环节与难题，这严重阻碍了微流控技术的大规模应用发展。另外，上述方法均是基于二维平面加工技术，制备多层具有三维微通道结构的微流控芯片将大大增加制备难度。近年来，无掩模光刻系统迅速发展，通过计算机直接投影光束图案完成光刻，开始应用于微流控芯片光刻模板的制备，提升了微流控芯片加工效率，但系统成本高，且应用于微流控系统的制备尚鲜有报道。

技术实现思路

1、在针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于光固化成型技术的多层微流控芯片快速制备方法，解决了传统方法制备多层微流控芯片的效率低、成本投入大、工序较为繁琐的问题，该方法无需昂贵的设备、苛刻的环境、繁琐的加工程序以及专业的技术人员，可快速、简单、低成本快速制备多层复合结构微流控芯片。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于光固化成型技术的多层微流控芯片快速制备方法，包括以下步骤：

3、s1、分别在顶部基片、中间隔层基片和底部基片上形成孔洞；

4、s2、在底部基片上沉积光敏材料，将中间隔层基片的底面覆盖于光敏材料上；其中所述底部基片和中间隔层基片至少有一个包括有透光材料；

5、s3、通过无掩模光固化成型系统将事先设计好的二值图案投射到光敏材料上，使得被光源选中的光敏材料固化成型并与底部基片和中间隔层基片的基底保持粘接，以及通过去除未固化的光敏材料，形成第一层微流控通道夹层结构；

6、s4、再在中间隔层基片的顶面上沉积光敏材料，重复上述步骤，形成第二层微流控通道夹层结构；

7、s5、通过中间隔层基片和光敏材料层层堆叠，最终将光敏材料位于顶部基片和中间隔层基片之间，得到多层微流控芯片。

8、进一步地，微流控通道夹层结构包括液路通道结构或气路通道结构；

9、当第一层微流控通道夹层结构和第二层微流控通道夹层结构分别为气路通道结构和液路通道结构时，中间隔层基片为弹性薄膜；

10、当第一层微流控通道夹层结构和第二层微流控通道夹层结构均为液路通道结构时，中间隔层基片为含有通孔的塑性基片；

11、当第一层微流控通道夹层结构和第二层微流控通道夹层结构分别为液路通道结构和气路通道结构时，中间隔层基片为弹性薄膜。

12、进一步地，当第一层微流控通道夹层结构和第二层微流控通道夹层结构分别为气路通道结构和液路通道结构时，中间隔层基片为弹性薄膜，具体包括：

13、所述液路通道结构包括连通的进样与出样区、液滴生成区与液滴收集区；所述气路通道结构包括连通的进气与出气区 、第一制动区；

14、位于上层的液路通道结构的进样与出样区设有分散相进样口、连续相进样口、第一出样口与用以微液滴分选出液口；下层的气路通道结构的进气与出气区对称连通设有进气口、封闭式出气口；

15、位于上层的液路通道结构的液滴生成区设有t型通道结构，下层的气路通道结构对称设有第一制动区，其两侧端对称还设有气路通道；

16、其中，位于弹性薄膜上端的上层液路通道结构的液滴收集区设有液路弯曲通道，所述液路弯曲通道的一侧通过第一出样口与分叉型液路通道的一端相连通，所述分叉型液路通道的另一端对称连通设有用以微液滴分选出液口；所述分叉型液路通道与第一制动区上下对应设置。

17、进一步地，当第一层微流控通道夹层结构和第二层微流控通道夹层结构均为液路通道结构时，中间隔层基片为含有通孔的塑性基片，具体包括：

18、所述液路通道结构包括连通的进样与出样区、液滴生成区与液滴收集区；

19、上层的液路通道结构的进样与出样区设有内相进样口、中间相进样口与第二出样口；下层的液路通道结构的进样与出样区设有外相进样口与用以产生双层复合微液滴的出液口；

20、上层的液路通道结构的液滴生成区设有t型通道结构，下层的液路通道结构的液滴生成区设有流动聚焦型通道结构；

21、其中，位于中间隔层基片上端的液路通道结构的液滴收集区设有液路弯曲通道；下层的液路通道结构的进样区和液滴收集区均设有液路通道；所述液路弯曲通道与液路通道相连通。

22、进一步地，当第一层微流控通道夹层结构和第二层微流控通道夹层结构分别为液路通道结构和气路通道结构时，中间隔层基片为弹性薄膜，具体包括：

23、所述液路通道结构包括连通的进样与出样区、液滴生成区与液滴收集区，所述气路通道结构包括连通的进气与出气区、第二制动区；

24、上层的气路通道结构的进气与出气区设有进气口与封闭式出气口；下层的液路通道结构的进样与出样区设有分散相进样口、连续相进样口和用以气动辅助液滴生成的出液口；

25、上层的气路通道结构的第一制动区一侧斜设有连通的气路通道，下层的液路通道结构的液滴生成区设有t型通道结构，所述t型通道结构对应第一制动区的一侧设有下层的液路通道，所述上层的第一制动区与下层的液路通道上下对应设置。

26、进一步地，所述顶部基片、底部基片以及塑性基片的材质独立地选自玻璃、有机聚合物、硅片或石英片，所述光敏材料为光敏树脂。

27、进一步地，在步骤s3中，对未固化的光敏材料的去除采用压缩空气、真空以及溶剂冲洗的方式。

28、进一步地，在步骤s3中，所述无掩模光固化成型系统包括数字微镜器件、照明系统、投影成像系统、工作台以及控制系统，所述投影成像系统位于用以制备多层微流控芯片的工作台的上方，所述控制系统与数字微镜器件和工作台电性连接，照明系统与数字微镜器件电性连接。

29、借由上述技术方案，本发明提供了一种基于光固化成型技术的多层微流控芯片快速制备方法，至少具备以下有益效果：

30、1、与传统的制备多层微流控芯方法相比，本发明的中间隔层基片可为塑性基片也可为软基底材料，如弹性薄膜也适用，当制备带有气路通道结构的多层微流控芯片时，向气路通道输入特定频率的激励气压，弹性薄膜在压力的作用下发生形变，从而极大拓展了微流控芯片的制备与应用范围，能够制备液滴分选、产生双层复合液滴以及气动辅助液滴生成的多层复合结构的微流控芯片；

31、2、本发明基于光固化成型技术制备多层微流控芯片，通过固化、成型、封接一步完成，一分钟内即可快速完成整套微流控芯片装置的制备，大大提高了生产的效率；

32、3、本发明微流控通道夹层结构包括液路通道结构或气路通道结构，该结构由计算机绘图软件辅助完成，设计出各种图案化通道结构，与无掩模光固化系统相互配合，操作简易；

33、4、本发明通过数字微镜器件、照明系统、投影成像系统可用作无掩模光固化系统，使用数字掩膜代替物理掩膜，无需掩膜板与模具即可实现了微流控芯片键合成型一体化，极大地简化了繁杂的芯片键合步骤；

34、5、本发明无需昂贵的设备、苛刻的环境、繁琐的加工程序以及专业的技术人员，成型技术工艺步骤简单、生产周期短，可快速、简单、低成本快速制备多层复合结构微流控芯片；解决了传统方法制备多层微流控芯片的效率低、成本投入大、工序较为繁琐的问题。