玻璃微流控芯片的制作

1、第2卷第1期2004年3月纳米技术与精密工程N anotechnology and Precision E ngineeringVol.2No.1Mar.2004玻璃微流控芯片的制作罗怡,娄志峰,褚德南,刘冲,王立鼎(大连理工大学机械工程学院微系统研究中心,大连116023摘要:玻璃微流控芯片的研究在近十年得到了重视,但是多数研究基于7740玻璃制作,由于基材需要抛光以及涂覆掩蔽层,价格昂贵.作者研究了一种在商品化的SODA2L IME玻璃(掩蔽层为厚度145±15nm的Cr和575±25nm的光刻胶S108上制作微流控芯片的方法,减少了对掩蔽层溅射设备的需求,降低了生产成

2、本并缩短了生产周期.采用照相制版的方法制作沟道宽度为50m的掩模;光刻后根据沟道深度要求选择腐蚀液湿法腐蚀沟道;优化超声钻孔仪的电流参数制作直径3mm的储液池,清洗后采用热键合对芯片进行封接;最后在有效分离长度为35mm的芯片上实现多组分样品分离,采用激光诱导荧光获得检测信息.关键词:微流控芯片;湿法腐蚀;热键合中图分类号:TN405文献标识码:A文章编号:167226030(20040120020204F abrication ofG lass Microfluidic ChipL UO Y i,LOU Zhi2feng,CHU De2nan,L IU Chong,WAN G Li2ding

3、(MST Research Center,School of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116023,ChinaAbstract:Many researches have focused on the glass microfluidic chip in the past decade and most of them are based on Pyrex7740.Since the substrate needs polishing and sputtering masking layer,the

4、 chip is expensive. This paper presents a new way to fabricate microfluidic chip which is made from commercialized SODA2L IME glass(the masking layer is Cr with thickness of145±15nm and the photoresist is S108with thickness of575±25nm.The sputtering before photolithograph is avoided thus i

5、t cuts down the cost and shortens the pro2 duction cycle.The mask was photoengraved to obtain a50m wide pattern;following the photolithograph,a reagent was chosen to wet etch the glass substrate;3mm2diameter reservoirs were formed using an ultrasonic driller with its current parameters optimized;aft

6、er cleaning the substrate,the glass chip packaging was finished by direct bonding.The multi2ingredient sample separation was realized on the35mm long chip,and L IF was used to detect the signal.K eyw ords:microfluidic chip;wet etching;direct bonding毛细管电泳芯片的制造材料主要有硅、玻璃和有机聚合物三大类.与其它材料相比,玻璃芯片的优点在于:材料容易

7、获得;制作设备与传统的IC工艺设备兼容性好,容易获得微细完美的沟道;透光性好,检测时产生的背景荧光远远小于有机聚合物.玻璃微流控芯收稿日期:2003212214.基金项目:国家863高技术研究发展计划MEMS重大专项B类资助项目(2002AA404460.片的研究在近10年得到了重视,但是多数研究基于7740玻璃制作的微流控芯片,因为基材需要抛光以及涂覆掩蔽层,价格昂贵26.笔者研究了利用商品化SODA 2L IM E 玻璃制作微流控芯片的工艺,降低了生产成本,减少了制作时间.1玻璃微流控芯片的制作工艺玻璃微流控芯片的制作过程如图1所示 .图1玻璃微流控芯片的制作工艺流程1.1掩模的制作笔者采

8、用两种方法制作掩模.本研究的掩模沟道宽度为50m ,故采用照相制版的方法制作掩模,如图2所示 .图2微流控芯片的设计与掩模1.2光刻本研究的琉璃材料是匀胶铬板玻璃,即玻璃表层122004年3月罗怡等:玻璃微流控芯片的制作速度受超声钻孔仪的电流强度影响.电流强度越大,钻孔速度越快,但是越容易在钻孔的初始和结束阶段造成边界的塌陷.尤其是在结束阶段,需要有足够的玻璃厚度保证实施低速钻孔,获得流畅的出口.SODA 2L IM E 玻璃的厚度是2.3mm ,储液池直径为3mm.图4为超声钻孔过程的电流强度控制曲线 . 图3微流控芯片的沟道图4超声钻孔的电流强度控制曲线1.5掩蔽层去除沟道腐蚀结束后,Cr

9、 和光刻胶掩蔽层就结束了使玻璃微流控芯片的键合方式有热键合、阳极键合和间质键合3大类.根据实验室条件,选择热键合对加工好的基片、盖片进行封接.2实验加工的芯片如图5所示.浓度为5×10-5mol/L 的罗丹明 B 溶液在微沟道中利用激光诱导荧光产生的检测信息如图6所示 .图5微流控芯片图6微沟道中的激光诱导荧光强度微流控芯片的电泳分离效果如图7所示.缓冲液为200的HPMC ,PH 值为8.3,分离沟道的有效长度为35mm ,沟道内表面未修饰,在60s 的时间内顺利实现了不同物质的有效分离.22纳米技术与精密工程第2卷第1期图7微沟道中的电泳分离图谱3结语参考文献:1Harrison

10、 D J,Fluri K,Seiler K,et al.Micromachining aminiaturized capillary electrophoresis2based chemical analysissystem on a chipJ.Science,1993,261:895897. 2汤扬华,周兆英,叶雄英,等.毛细管电泳芯片的制造J.微细加工技术,2001(1:6266.3金亚,罗国安,汤扬华,等.集成毛细管电泳芯片系统的制作、测试及应用J.分析科学学报,2001,17(2:148152.4殷学锋,方群,凌云扬.微流控分析芯片的加工技术J.现代科学仪器,2001(4:1014.5Roulet J C,Volkel R,Herzig H P,et al.Fabrication ofmultilayer systems combining microfluidic and micro opticalelements for fluorescence detectionJ.Journal of Micro2elect romechanical Systems,2001,10:482491.6Tom Mccreedy.Rapid prototyping of glass and PDMS mi2crostructures