本發(fā)明屬于熱塑性聚合物微流控芯片超聲封合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光重鑄物微導(dǎo)能筋的超聲封合方法。

背景技術(shù)：

以微流控技術(shù)為基礎(chǔ)的微流控芯片，自從20世紀90年代初被提出后，便受到了越來越多的關(guān)注。微流控芯片可以將生化分析中的混合，濃縮，稀釋及分離等操作集成到數(shù)平方厘米大小的芯片上。具有體積小、集成化及自動化程度高、分析效率及精度高、試樣和試劑消耗量少等優(yōu)點?，F(xiàn)已在水污染監(jiān)測、藥物篩選、細胞控制分選及疾病即時檢測等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。熱塑性聚合物材料由于其成本低，易于成型，易于實現(xiàn)批量化生產(chǎn)等優(yōu)勢，已經(jīng)漸漸成為制造微流控芯片的主要材料。

熱塑性聚合物微流控芯片一般由至少兩層結(jié)構(gòu)組成，因此芯片的封合是其制造過程中不可或缺的一步?，F(xiàn)在最常用的熱塑性聚合物微流控芯片封合方法是熱封合及膠貼封合。其中，熱封合所需溫度高，容易造成芯片中的生物試劑失活。而且熱封合效率低，封合時間超過20分鐘。不僅如此，由于在熱封合過程中要施加較高的溫度及壓力，所以芯片微通道極易被壓縮變形。膠貼封合在室溫下就可以操作，但是所用膠膜容易與芯片中的生物試劑產(chǎn)生生物兼容性問題。并且膠膜容易阻塞芯片微通道。

相比之下超聲封合具有一定優(yōu)勢。首先超聲封合時超聲能量集中在被稱之為導(dǎo)能筋的微凸起上。由于導(dǎo)能筋離微通道有一定距離，因此產(chǎn)生的熱量不會對微通道內(nèi)的生物試劑產(chǎn)生影響。其次，由于超聲封合中不需要其他中間介質(zhì)，因此不會產(chǎn)生生物兼容性及中間介質(zhì)阻塞微通道的問題。最后，超聲封合效率高，一分鐘內(nèi)便可完成對微流控芯片的封合。并且超聲封合強度高，可以達到熱塑性聚合物本身的材料強度，這對于需要高壓工作環(huán)境的微流控芯片有重要意義。

然而，現(xiàn)階段的超聲封合技術(shù)仍存在一些問題。其中最突出的問題是超聲封合精度不高。造成這一問題的原因是在超聲封合時導(dǎo)能筋在超聲能量作用下會發(fā)生熔融流動，熔融的導(dǎo)能筋容易流入微通道造成阻塞，或者在封合界面上留下空隙從而造成試劑泄漏?，F(xiàn)在大多數(shù)的解決方法是在導(dǎo)能筋旁設(shè)計制造特殊的熔池結(jié)構(gòu)，從而使熔融的導(dǎo)能筋流入到熔池結(jié)構(gòu)中。但是在微尺度下，導(dǎo)能筋及熔池設(shè)計制造復(fù)雜，并且需要根據(jù)不同的微流控芯片結(jié)構(gòu)進行定制。本發(fā)明提出的一種基于激光重鑄物微導(dǎo)能筋的超聲封合方法可以解決這一問題，對于微流控芯片高精度超聲封合具有重要意義。

技術(shù)方案

本發(fā)明的目的在于解決微尺度下導(dǎo)能筋及熔池結(jié)構(gòu)設(shè)計制造困難，熔融導(dǎo)能筋流動不易控制的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于激光重鑄物微導(dǎo)能筋的超聲封合方法，步驟如下：

(1)根據(jù)需求設(shè)計制造微流控芯片，該微流控芯片由蓋片1和基片4組成；

(2)將基片4與激光頭進行定位，首先，在激光加工平臺上固定熱塑性聚合物平板作為對準平面，其面積大于待封合微流控芯片的面積；接著，將步驟(1)設(shè)計的微流控芯片基片結(jié)構(gòu)導(dǎo)入到激光加工系統(tǒng)中，根據(jù)微流控芯片基片結(jié)構(gòu)進行一次激光掃描，將該微流控芯片基片結(jié)構(gòu)復(fù)制到對準平面上；最后，將步驟(1)中獲得的微流控芯片基片結(jié)構(gòu)與對準平面上經(jīng)復(fù)制得到的圖形進行對準，直到二者完全重合為止；以此時的激光頭坐標作為基準坐標，并在以后的操作步驟中保持該坐標及微流控芯片基片位置不變；

(3)進行重鑄物微導(dǎo)能筋布局，調(diào)節(jié)激光功率、激光掃描速度及激光掃描次數(shù)，沿基片4上混合池7、梳齒式延時器8及反應(yīng)池10的外圍進行激光掃描加工，形成重鑄物微導(dǎo)能筋5和熔池11；在微通道的拐角處無重鑄物微導(dǎo)能筋5，即為空白區(qū)域6，空白區(qū)域6的長度為1-200μm；重鑄物微導(dǎo)能筋5的高度為10-100μm；重鑄物微導(dǎo)能筋5離微通道外壁的間距9為10-2000μm；

(4)將上述步驟中得到的基片4與蓋片1置于超聲封合夾具中進行對準固定，施加一定的超聲封合參數(shù)后，將微流控芯片從超聲封合夾具中取出，完成本發(fā)明提出的超聲封合過程；其中，超聲封合壓力為0.1-1MPa，超聲振動時間為0.01-1s，超聲振幅為10-100μm。

微流控芯片所用的材料為聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸二乙酯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龍、聚氨酯或苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物。

激光在熱塑性聚合物上進行掃描時，由于熱應(yīng)力的作用，會有一部分材料被擠出，在激光燒蝕出的溝槽邊緣形成微凸起結(jié)構(gòu)。該微凸起結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中被稱之為重鑄物微導(dǎo)能筋。本發(fā)明利用該重鑄物結(jié)構(gòu)進行超聲封合，熔融的重鑄物會流入激光加工出的溝槽中。激光加工的溝槽起到了熔池的作用。這樣經(jīng)過一次激光加工，導(dǎo)能筋及熔池便會同時產(chǎn)生。省去了復(fù)雜的設(shè)計制造過程。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的超聲封合方法經(jīng)簡單的激光掃描加工便可形成微導(dǎo)能筋及熔池結(jié)構(gòu)，不需要復(fù)雜的導(dǎo)能筋及熔池設(shè)計制造過程。本發(fā)明提出的重鑄物微導(dǎo)能筋，其高度能通過激光功率、激光掃描速度及激光掃描次數(shù)來進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明提出的重鑄物微導(dǎo)能筋的布局設(shè)計可以通過繪圖軟件來完成，更加方便靈活。最后，本發(fā)明提出的一種基于激光微重鑄物超聲封合的方法封合精度高，封合強度高，能夠滿足微流控芯片進行生化檢測的需要。

附圖說明

圖1是應(yīng)用本方法進行封合的微流控芯片結(jié)構(gòu)圖。

圖2是圖1在A-A處的剖視圖。

圖中：1蓋片；2儲液池；3廢液池；4基片；5重鑄物微導(dǎo)能筋；

6在拐角處無重鑄物微導(dǎo)能筋的空白區(qū)域；7混合池；8梳齒式延時器；

9重鑄物微導(dǎo)能筋與微通道外壁間距；10反應(yīng)池；11激光燒蝕出的熔池。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

本發(fā)明提出的一種基于激光重鑄物微導(dǎo)能筋的超聲封合方法應(yīng)用于圖1所示的微流控芯片中。該微流控芯片由蓋片1和基片4組成。在蓋片上有儲液池2及廢液池3。在基片4上有混合池7、梳齒式延時器8、反應(yīng)池10、重鑄物微導(dǎo)能筋(5)及激光燒蝕出的熔池11。具體封合操作步驟如下：

(1)利用熱壓法，在基片4上加工混合池7、梳齒式延時器8(申請?zhí)枺篊N201610566746.8)及反應(yīng)池10；利用銑削法，在蓋片1上加工儲液池2及廢液池3；

(2)將基片4與激光頭進行定位，首先，在激光加工平臺上固定熱塑性聚合物平板作為對準平面，其面積大于待封合微流控芯片的面積；接著，將步驟(1)設(shè)計的微流控芯片基片結(jié)構(gòu)導(dǎo)入到激光加工系統(tǒng)中，根據(jù)微流控芯片基片結(jié)構(gòu)進行一次激光掃描，將該微流控芯片基片結(jié)構(gòu)復(fù)制到對準平面上；最后，將步驟(1)中獲得的微流控芯片基片結(jié)構(gòu)與對準平面上經(jīng)復(fù)制得到的圖形進行對準，直到二者完全重合為止；以此時的激光頭坐標作為基準坐標，并在以后的操作步驟中保持該坐標及微流控芯片基片位置不變；

(3)進行重鑄物微導(dǎo)能筋布局設(shè)計，將激光功率設(shè)置為13W、激光掃描速度設(shè)置為6mm/s、激光掃描次數(shù)設(shè)置為3次，沿基片4上混合池7、梳齒式延時器8及反應(yīng)池10的外圍進行激光掃描加工，形成重鑄物微導(dǎo)能筋5和熔池11；重鑄物微導(dǎo)能筋5的高度為51μm；重鑄物微導(dǎo)能筋5離微通道外壁的間距9為200μm；在微通道的拐角處無重鑄物微導(dǎo)能筋5，即為空白區(qū)域6，空白區(qū)域6的長度為20μm。

(4)將上述步驟中得到的基片4與蓋片1置于超聲封合夾具中進行對準固定，在施加0.3MPa的超聲封合壓力、0.07s的超聲封合時間及40μm的超聲振幅后，將微流控芯片從超聲封合夾具中取出，完成本發(fā)明提出的超聲封合過程。