高浸润PDMS微孔阵列及其制作方法

本发明涉及微机械加工，尤其涉及一种高浸润pdms微孔阵列及其制作方法。

背景技术：

1、在微流控领域中，为了定量和准确的诊断，数字化生物检测成为新兴的分析方法，高的浸润比例直接提高微孔的利用率，在蛋白质工程、微粒子加载、飞升液滴捕获、细胞捕获等方向核心能力的提升，提高数字式生物检测的检测限，使生物检测具有更高的灵敏度。微孔阵列是具有将生物因子数字化的最优结构，在经过多种材料验证后，pdms材料因其低背景荧光与较好的生物兼容性而被广泛使用。

2、但是pdms材料具有表面疏水性(疏水性表面是指与水的接触角大于90°)，导致携带生物因子的微粒子加载降低，直接影响到检测的结果和检测限。目前大多数在数字生物分析领域中使用的为疏水材料，在初期无论是采用先加入生物缓冲液再加入携带微粒子的溶液进行液液交换，还是直接携带微粒子的溶液进行加载的过程中，疏水性导致水相在到达微孔边缘时会产生较大的拉普拉斯压力，阻碍流体的流动，当微孔尚未被浸润时，拉普拉斯压力被克服，流体会继续前进，形成空气留在微孔内(即空腔)，空腔一旦形成很难采用简单的方法去除，导致微粒子可加载微孔数量减少，直接降低整体加载率。

3、目前的微孔结构的制作方法主要有干刻、热压、注塑成型、软光刻等。制作的微孔为侧边垂直、孔边缘接近直角的形貌结构，这种非结构在疏水材料的情况下会导致空腔率高。因此需要对微孔形貌进行设计。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种高浸润pdms微孔阵列的制作方法，对微孔结构的孔边缘进行圆角化改进，使流体在流经微孔时受力情况发生改变，更容易进入微孔内。

2、本发明提供一种高浸润pdms微孔阵列的制作方法，所述高浸润pdms微孔阵列的制作方法包括步骤；

3、s1、在硅片上设置一层光刻胶，将具有微柱阵列分布的掩模版覆盖在所述光刻胶上，进行光刻图形化，得到掩模版上固定尺寸的光刻胶微柱阵列；在90℃至130℃温度范围内进行高温前烘，使所述光刻胶固化；

4、s2、经过光刻显影和高温前烘后，在180℃至200℃温度范围内进行高温后烘，使所述光刻胶微柱阵列产生热熔状态，所述硅片的表面上具有高温回流后的光刻胶微柱阵列；

5、s3、将表面上具有高温回流后的光刻胶微柱阵列的硅片进行表面钝化处理；

6、s4、将聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物加在表面钝化处理后的所述硅片上，进行抽真空处理，消除所述混合物中的气泡；

7、s5、对无气泡的聚二甲基硅氧烷进行固化；固化后，获得高浸润pdms微孔阵列。

8、优选的，所述在硅片上设置一层光刻胶包括，通过旋涂的方式在所述硅片上设置一层所述光刻胶，所述光刻胶的厚度与所述高浸润pdms微孔阵列中微孔的深度相匹配。

9、优选的，所述进行光刻图形化通过紫外光刻的方法实现。

10、优选的，所述光刻显影后，得到的图形为边缘直角的微柱阵列。

11、优选的，所述硅片的表面上具有高温回流后的光刻胶微柱阵列中，所述光刻胶微柱阵列与所述硅片接触的边缘处为圆滑状。

12、优选的，所述将表面上具有高温回流后的光刻胶微柱阵列的硅片与三甲基氯硅烷进行表面钝化处理。

13、优选的，所述固化包括低温长时间固化或者高温短时间固化。

14、优选的，所述聚二甲基硅氧烷与固化剂的质量比为10:1。

15、本发明还提供一种高浸润pdms微孔阵列，所述高浸润pdms微孔阵列通过上述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法制得。

16、优选的，所述高浸润pdms微孔阵列具有倒圆角孔边缘。

17、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

18、本发明的制作方法采用光刻胶回流制作，整个工艺过程只需要针对光刻过程的前烘与后烘的温度和时间进行改变，只需要进行一次处理；具体使用的基片可以为硅片或玻璃片，钝化后硅片较易与pdms分离，光刻胶与pdms的分离也较容易，不会对模具造成损伤，所制备模具可以进行多次使用；而且，充分利用了pdms的良好流动性，可以将模具上的三维结构完整贴合的复制到pdms上，具有工艺简单，工艺参数稳定且易于控制，生产效率高等优点，制作周期短，可以大批量低成本的制作。

19、另外，本发明采用聚二甲基硅氧烷制作微孔阵列，具有良好的化学稳定性，耐腐蚀性能强，且材料柔性，背景荧光低，具有良好的生物兼容性；制作的具有倒圆角孔边缘的微孔阵列结构符合降低拉普拉斯压力的曲率变化，参数仿真与实验验证中发现能使流体进行更好的浸润，相较于未进行边缘曲率改变的微孔阵列浸润性更高，空腔率接近于零。本发明的制作方法基于微加工技术制备柔性的疏水材料具有倒圆角孔边缘的微孔阵列的相关技术较为成熟，无需对材料进行特殊的表面化学处理，也无需通过亲水与疏水材料结合制备，具有较高的实用性与可靠性。

技术特征：

1.一种高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述高浸润pdms微孔阵列的制作方法包括步骤；

2.根据权利要求1所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述在硅片上设置一层光刻胶包括，通过旋涂的方式在所述硅片上设置一层所述光刻胶，所述光刻胶的厚度与所述高浸润pdms微孔阵列中微孔的深度相匹配。

3.根据权利要求1所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述进行光刻图形化通过紫外光刻的方法实现。

4.根据权利要求1所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述光刻显影后，得到的图形为边缘直角的微柱阵列。

5.根据权利要求1所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述硅片的表面上具有高温回流后的光刻胶微柱阵列中，所述光刻胶微柱阵列与所述硅片接触的边缘处为圆滑状。

6.根据权利要求1所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述将表面上具有高温回流后的光刻胶微柱阵列的硅片与三甲基氯硅烷进行表面钝化处理。

7.根据权利要求1所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述固化包括低温长时间固化或者高温短时间固化。

8.根据权利要求7所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷与固化剂的质量比为10:1。

9.一种高浸润pdms微孔阵列，其特征在于，所述高浸润pdms微孔阵列通过权利要求1～8任意一项所述的高浸润pdms微孔阵列的制作方法制得。

10.根据权利要求9所述的高浸润pdms微孔阵列，其特征在于，所述高浸润pdms微孔阵列具有倒圆角孔边缘。

技术总结本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种高浸润PDMS微孔阵列及其制作方法，制作方法包括：S1、在硅片上设置一层光刻胶，将具有微柱阵列分布的掩模版覆盖在所述光刻胶上，进行光刻图形化，高温前烘；S2、光刻显影后，进行高温后烘，使所述光刻胶微柱阵列产生热熔状态；S3、进行表面钝化处理；S4、将聚二甲基硅氧烷与固化剂的混合物加在表面钝化处理后的所述硅片上，进行抽真空处理；S5、对无气泡的聚二甲基硅氧烷进行固化；固化后，获得高浸润PDMS微孔阵列；本发明的制作方法无需对材料进行特殊的表面化学处理，也无需通过亲水与疏水材料结合制备，具有较高的实用性与可靠性。技术研发人员：吕枭,李政昊,董骏宇,周文超,吴一辉受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/2/19