原创 低成本微流控芯片加工方法

选取了常用的低成本微流控芯片加工方法进行介绍。

微模塑成型 

由于PDMS材料在微流控芯片加工领域的广泛应用，基于PDMS的微模塑成型成为目前最为常见的微流控芯片加工方法。其中，使用SU-8光刻胶作为模具对PDMS进行模塑成型较为常见，将SU-8光刻胶旋涂在硅片上并进行光刻，根据不同型号SU-8光刻胶和旋涂速度的控制，其厚度可以在十几到一两百微米范围内自由调节；将PDMS主剂与硬化剂10：1混合去除气泡后缓慢倾倒在SU-8微结构上，加热硬化；将PDMS从SU-8模具上小心揭取，模具可以重复使用；将PDMS与玻璃等基底材料进行氧等离子处理后键合。

激光烧蚀 

这里的激光烧蚀特指使用波长为10．6 μm的二氧化碳激光在聚合物材料表面进行烧蚀加工微流道的方法。使用激光烧蚀方法加工微流道，其优点在于：加工过程简单快捷，一次烧蚀即可完成加工；材料适用范围宽，大部分聚合物材料和玻璃等均可使用该方法在表面加工微流道。缺点在于：在聚合物材料材料表面加工的微流道内壁凹凸不平，存在大量气泡，可能需要通过化学方法进行处理；在聚合物材料表面加工流道两侧有熔融材料抛出再凝固形成的凸起，不利于后续键合；加工精度有限，仅适用于流道宽深度大于80 μm的应用。激光烧蚀方法在低成本微流控芯片领域的应用，目前还集中在单一聚合物材料应用上，从未来的发展方向看，其在基于可降解生物塑料、纸、导电塑料等材料的微流控芯片加工领域还有较大的发展空间。

2D/3D打印

2D打印指办公和实验场合常见的激光打印机、喷墨打印机、蜡打印机、丝网印刷等加工微流控芯片或微流控芯片倒膜模具的方法，3D打印是利用近来发展迅速的3D打印机直接打印微流控芯片或倒模模具的技术。2D打印微流控芯片通常应用在纸基微流控芯片中，通过疏水性墨水的浸透作用在亲水纸材料中包围形成微流道，图案精度由打印机精度或丝网网孔决定，通常在80~400 μm之间。此外，还可以利用喷墨打印或丝网印刷在玻璃或聚合物基底上直接沉积PDMS、SU-8等材质的微结构，形成微流控芯片；如果使用含有银纳米颗粒的导电墨水，还可在微流控芯片表面打印电极。图3（a）、图3（b）为丝网印刷的基本原理，通过丝网印刷方法加工的基于紫外感光介质浆料（5018A，Dupont，USA）的微流道和银电极。

图3 基于丝网印刷的微流控芯片

使用3D打印对微流控芯片进行加工，主要有微立体光刻（stereo-lithography）、熔融沉积成型（FDM）等方法，其中熔融沉积成型3D打印机由于价格相对低廉可用于低成本3D微流控芯片的加工。熔融沉积成型技术既可以直接打印PC、PLA、ABS（acrylonitrile butadience styrene）等材料制成3D微流控芯片，也可以打印用于PDMS倒模的模具。但目前商业化熔融沉积成型设备的精度在100~500 μm之间，距离大部分微流控芯片的应用需求还有一定差距，且适于微流控芯片使用的透明打印耗材选择有限，芯片加工速度与本文介绍的其他方法相比也较慢。

汶颢微流控芯片加工定制图片

注塑成型 

注塑成型是在塑料加工领域使用广泛的加工方法，近年来伴随微注塑技术的发展，研究者开始尝试使用注塑成型的方法加工微流控芯片，常见的用于微流控芯片的注塑材料有PMMA、COC、PDMS等。传统上，使用注塑方法加工微流控芯片需先加工模具，耗时长且模具价格昂贵。在低成本微流控芯片加工中，有别于传统金属模具，Hansen T S等人使用加工在镍表面的SU-8光刻胶作为注塑模具，模具反复使用300次后制品质量稳定，显著降低了成本和模具加工时间。其优势在于重复性好、加工速度快、可以加工3D微流控芯片，适用于大规模微流控芯片的加工；缺点是灵活性差，芯片结构变动时需要重新开模，模具成本较高。

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