一种PMMA微流控芯片封装方法及PMMA微流控芯片

本发明属于微流控芯片封装，具体涉及一种pmma微流控芯片封装方法及利用这种方法封装的pmma微流控芯片。

背景技术：

1、微流控技术是使用微米及亚微米管道处理或操纵微小流体的技术，其与传统分析检测方法相比，具有速度快，试剂消耗少，通量高和系统集成化程度高等显著优势，已经在单细胞分析、食品检验、毒品检测、纳米粒子合成、高通量药物筛选及体外生理病理模型构建(即器官芯片)等方面已经显示出巨大的潜力。

2、虽然微流控芯片的制作工艺和多领域应用都取得了诸多进展，但是微流控芯片的封装技术依然存在诸多问题。微流控芯片的封装主要包括两个过程：对准和键合。当前微流控芯片的对准方法主要是基于精密机械位置调节装置、视觉反馈系统和光学瞄准系统搭建起来的对准设备，但是该方法存在仪器昂贵、操作复杂、重复性差、效率低等问题。

3、由于热塑性塑料在工业上具有低成本和快速粘接方法等优点，在制造微流控芯片方面受到了广泛关注。在众多热塑性塑料中，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)因其成本效益、光学透明度和生物相容性而成为微流控芯片制造的必备热塑性塑料之一。目前常用的pmma芯片的键合方法为热压键合或溶剂键合，热压键合需要使用笨重的压力机和加热器，可能会导致微通道的变形；溶剂键合主要是利用溶剂分子对聚合物的溶解扩散作用，使高分子链段在界面处重新交联从而实现高强度键合，但由于强溶剂可以溶解pmma，微通道堵塞是溶剂键合的普遍缺陷。

4、此外，当前微流控芯片的对准和键合是两个独立的操作过程，在芯片封装的实施过程中，不仅增加了操作的繁琐程度，还不利于效率提升。综上，开发操纵简单、重复性好、精度高且效率高的对准键合方法对加速微流控产业发展具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出一种pmma微流控芯片封装方法，旨在利用液桥原理，借助溶剂一步法实现芯片的自发对准和键合。进一步，本发明还提供通过该封装方法形成的pmma微流控芯片。

2、本发明的第一方面在于提供一种pmma微流控芯片封装方法，其主要包括以下步骤：

3、提供待封装的pmma微流控芯片，所述pmma微流控芯片包括配合使用的芯片盖板和芯片底板，所述芯片底板的待键合表面设有微流通道以及与微流通道两端连通且贯通芯片底板的第一通孔和第二通孔；

4、将相变材料加热至熔融状态后滴加到所述芯片底板的微流通道中并完全填充所述微流通道；

5、待所述相变材料冷却凝固后，在芯片底板的待键合表面除微流通道外的区域覆盖一层溶剂；所述溶剂能键合pmma芯片且不与相变材料发生反应；

6、将芯片盖板与芯片底板对齐合上，所述溶剂浸润芯片底板和芯片盖板的待键合表面并在二者之间形成液桥；

7、垂直提起所述芯片盖板，所述芯片底板通过液桥力沿垂直方向上的分力克服自身重力吸附在芯片盖板底部，通过液桥力沿水平方向的分力与芯片盖板按轮廓自动对齐；

8、静置至所述溶剂完全作用后，芯片盖板和芯片底板紧密结合，键合完成；

9、加热所述微流控芯片至微流通道内的相变材料熔化，再通过第一通孔和第二通孔将微流通道内熔化的相变材料吹出，至此完成微流控芯片的封装。

10、作为一种可选方案，所述相变材料为硫代硫酸钠、琼脂、石蜡、聚己内酯中的任意一种。

11、作为一种可选方案，所述溶剂选自甲苯、二氯甲烷、乙酸、二氯乙烷、氰化甲烷、丙酮、异丙醇中的任意一种。

12、作为一种可选方案，在芯片底板的待键合表面覆盖的溶剂的厚度为100～200um。

13、作为一种可选方案，所述相变材料的熔点在30-100℃范围内。

14、作为一种可选方案，所述加热温度大于相变材料的熔点且小于115度。

15、作为一种可选方案，pmma微流控芯片封装方法还包括：将熔融状态的相变材料完全填充所述微流通道后，刮除芯片底板上多余的相变材料。

16、作为一种可选方案，pmma微流控芯片封装方法还包括：将微流通道内熔化的相变材料吹出后，清洗并干燥所述微流通道。

17、作为一种可选方案，pmma微流控芯片封装方法还包括：在键合过程中，通过升高环境温度、微波处理、紫外光处理中的至少一种方式提升键合效率。

18、本发明的第二方面在于提供一种pmma微流控芯片，其采用本发明第一方面或其任意一项可选方案所述的方法封装而成。

19、本发明基于液桥原理，借助溶剂辅助完成自对准和键合两个过程，一步法实现pmma微流控芯片的封装，且不需要借助外部昂贵的设备，操作简单，对准精度高、键合质量好，能满足大多数常用芯片的封装需求。

技术特征：

1.一种pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，所述相变材料为硫代硫酸钠、琼脂、石蜡、聚己内酯中的任意一种。

3.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，所述溶剂选自甲苯、二氯甲烷、乙酸、二氯乙烷、氰化甲烷、丙酮、异丙醇中的任意一种。

4.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，在芯片底板的待键合表面覆盖的溶剂的厚度为100～200um。

5.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，所述相变材料的熔点在30-100℃范围内。

6.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，所述加热温度大于相变材料的熔点且小于115度。

7.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，还包括：将熔融状态的相变材料完全填充所述微流通道后，刮除芯片底板上多余的相变材料。

8.如权利要求1所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，还包括：将微流通道内熔化的相变材料吹出后，清洗并干燥所述微流通道。

9.如权利要求1至8任意一项所述的pmma微流控芯片封装方法，其特征在于，还包括：

10.一种pmma微流控芯片，其特征在于，采用如权利要求1至9任意一项所述的方法封装而成。

技术总结本发明公开一种PMMA微流控芯片封装方法，主要包括：提供待封装的PMMA微流控芯片；将相变材料加热至熔融状态后滴加到芯片底板的微流通道中；待相变材料冷却凝固后，在芯片底板的待键合表面覆盖一层溶剂；将芯片盖板与芯片底板对齐合上，溶剂浸润芯片底板和芯片盖板的待键合表面并在二者之间形成液桥，通过液桥力沿水平方向的分力使芯片底板与芯片盖板按轮廓自动对齐；静置待键合完成后，加热微流控芯片至微流通道内的相变材料熔化并吹出，完成封装。进一步，本发明还提供通过该封装方法形成的PMMA微流控芯片。本发明通过一步法实现PMMA微流控芯片的封装，且不需要借助外部昂贵的设备，操作简单、对准精度高、键合质量好。技术研发人员：吕品,潘翔,潘挺睿受保护的技术使用者：中国科学技术大学苏州高等研究院技术研发日：技术公布日：2024/1/11