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微流控芯片是目前MEMS研究最为活跃的领域之一。高分子材料具有良好的生物兼容性、良好的表面电特性、低的荧光背景,使得大部分的生化分析可以成功进行,已经引起了越来越多的关注。当前,热压成型工艺是制备聚合物微流控芯片的重要方法。本论文主要围绕热压成型金属模具的制备、微通道的热压成型和微通道的封装等工艺进行了研究,论文的主要研究内容和结论如下:
针对当前UV-LIGA技术制备金属模具中存在的不足,提出了采用PDMS作为微电铸模板制备金属模具。该方法解决了了SU-8去胶的难题,可以制备高质量的金属模具,具有极高的实用价值。
在热压成型工艺中,研究了PMMA、PC和PS三种材料在其玻璃化转变温度附近的流变性能,研究表明在Tg+10℃左右时,PMMA比PC和PS有更好的流动性能。在热压成型工艺中,涉及的主要因素有压力、模压温度、和模压时间等,因此我们采用正交实验对热压工艺条件进行了优化。结果表明温度是影响热压效果的主要因素,而压力和时间为次要因素。目前,热压成型工艺的理论和计算机仿真研究还没有深入的研究,本文尝试采用有限元软件DEFORM对模压过程进行了仿真研究,得到了与实验结果统一的结论。
微通道的封装是微流控芯片制作中的关键步骤,本文提出一种PMMA微流控芯片的低温封装方法。利用低分子量的PMMA涂层降低了封装温度,从而解决了热封装过程中微通道容易产生坍塌和堵塞的问题。针对其它的塑料微流控芯片,本文采用改进的PDMS膜封装工艺进行了封装。该工艺采用“三明治”结构,将PDMS膜夹在两块塑料片之间,使其可以耐更高的压力。
本文开发了一种快速制备环氧树脂的模具的新方法。本方法采用PDMS两次浇注技术,制作了环氧树脂模具。并将这种技术用于了PDMS微流控芯片的制作,得到了很好的实验结果。用该方法制作PDMS微流控芯片具有制作周期短,工艺简单等优点。