光刻法制备微纳流体芯片及其在检测仪器中的应用

发布时间：2020-05-07 07:44

【摘要】：微纳流控芯片技术是一门新兴技术,是包含生物、化学、物理等学科的交叉学科,其制作方法涉及半导体制造,与光学检测结合可以应用于疾病诊断、环境监测、药物筛选等方面,利用流体在微米尺度和纳米尺度存在的特性可以得到与众不同的观测结果。本文分别从微流控通道和纳流控通道两方面进行介绍:(1)制作适配光学显微镜系统的的微流控芯片。制作微通道主要用到的方法有光刻法制作SU-8通道阳模,SU-8厚度为100微米;用模塑法制作PDMS微通道,以预聚体和固化剂质量比为10:1的比例配置PDMS溶液;用氧等离子体处理改性的方法实现PDMS与金薄膜的键合,制作出完整的通道,通道尺寸为100μm×100μm×5mm;在使用氧等离子体改性时研究了改性原理,比较改性前后PDMS中C、O、Si的含量以及改性后对Si峰进行分峰拟合,可以得出结论:氧等离子体处理后,PDMS表面出现的SiOx,使得PDMS具有亲水性。用该微流控芯片检测不同尺寸的聚苯乙烯纳米颗粒,能得到纳米颗粒的光强图像,并可以根据图像亮场光功率反推出颗粒的尺寸。(2)制作适配超快冷冻电镜的纳米腔室。制作纳米腔室主要用光刻、六氟化硫干法刻蚀、氢氧化钾湿法刻蚀的方法制作腔室的氮化硅观察窗口,验证了30nm氮化硅薄膜能够形成自支撑膜;用负胶金属剥离的方法制作金薄膜中间层,中间金薄膜厚度为100nm;并用金硅键合的方法把上下两层芯片键合在一起,形成腔室;最后用激光切割的方法把硅片上的腔室芯片单元分离,制作出独立的尺寸为2.6 mm×2.6 mm的腔室芯片。用该纳米腔室在超快冷冻电镜中观察溶液中的铁蛋白分子,能够清楚地观察到独立的铁蛋白分子,并能看到蛋白质分子的动态变化。
【图文】：

ｇｕ－压法：是早期应用比较广泛的制作方法。它是将聚合物基片与模具按压加热到一定温度，接近聚合物玻璃态，然后脱模就得到聚合物微通道。与区别是这里用的是固化后的聚合物基片，而模塑法用的是聚合物预聚体液。逡逑光烧蚀法：可以通过掩膜或者直接通过Ｘ－Ｙ方向精密控制激光的移动方输到计算机中的ＣＡＤ设计数据和图形，在基片上加工出需要的图形通

键合方法也不同。硅、石英玻璃微流控芯片键合方法有热键合、阳极键合等，逡逑聚合物微流控芯片键合方法有热压法、黏合剂黏合法、表面改性封接法等。逡逑热键合：封接流程如图１－２所示，将刻有通道的基片与盖片贴合在一起并抽真逡逑空，然后基片和盖片上下各放一块石墨板置于升温炉中，上面再压一块不锈钢块，，逡逑提供键合所需要的压力，持续升温然后降到室温，完成键合。逡逑盖片逡逑刻蚀有通道的芯片逡逑抽真空逡逑■—逡逑热封接逡逑图１－２热键合流程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｈｅｒｍａｌ邋ｂｏｎｄｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑阳极键合：示意图如图１－３所示，是一种封接硅片和玻璃片的键合方法，将桂逡逑片和玻璃紧贴在一起，硅片接电源正极，玻璃接电源负极，施加电压，此时玻璃中逡逑的钠离子向负极移动，在玻璃一侧形成负电荷，硅片一侧形成正电荷，这样正负电逡逑荷相互吸引，使硅片和玻璃键合在一起。逡逑７逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN492

【参考文献】

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本文编号：2652660