论文摘要
微流控芯片广泛应用于生物、化学、医学、药物、食品、农业等领域,是微全分析系统的发展重点和研究热点。玻璃因具有优异的电渗、光学和表面性质,微通道热变形小且通道表面易于修饰,其刻蚀加工技术和表面改性的化学方法均比较成熟,传统毛细管电泳中各种成熟的分离方法可直接应用到玻璃芯片的制作中,是制造微流控芯片的主流材料之一。传统的玻璃微流控芯片成本高、制作周期长、生产效率低以及所需设备复杂、昂贵,制约其发展和使用。本文主要研究了一种集成微电极的玻璃微流控芯片的制造工艺及其低温键合工艺,主要内容包括:ITO(Indium Tin Oxide,氧化铟锡)电极的制作:在现有光刻工艺基础上,确定了可在本实验室实现的ITO微电极制造工艺。玻璃微流控芯片上微沟道的制作:玻璃微流控芯片上微沟道的制作工艺已经相当成熟,本文简单研究了不同溶液以及搅拌速率对微沟道粗糙度的影响,结果表明不同溶液和搅拌速率对微沟道的粗糙度有较大影响。PE(Polyethylene,聚乙烯)膜热压键合工艺:设计了PE膜热压键合工艺,进行了PE膜热压键合玻璃微流控芯片实验,对键合后的玻璃微流控芯片进行了键合强度测试和芯片性能检测。通过正交试验分析了键合过程中键合温度、压力和时间对键合后微沟道堵塞的影响。进行PE膜的恒温蠕变实验,利用力学模型拟合蠕变实验数据,从而得到材料的松弛模量;采用Marc有限元分析软件对沟道的堵塞进行有限元仿真,仿真结果与键合实验较为吻合,说明有限元仿真可以用来指导键合试验;进行了微沟道宽度对沟道堵塞的有限元分析,发现堵塞随微沟道宽度的增加而加剧。EN(EVA Interlayer)膜真空热键合工艺:设计了EN膜真空热键合工艺进行了EN膜真空热键合玻璃和PMMA(Polymethyl Methacrylate,聚甲基丙烯酸甲酯)微流控芯片实验,对键合后的微流控芯片进行了键合强度测试和芯片性能检测。通过正交试验分析了EN膜键合PMMA微流控芯片时键合温度、压力和时间对键合堵塞的影响。进行EN膜流变实验,获得EN膜键合温度下的粘度;建立EN膜材料的Maxwell模型,对沟道堵塞进行有限元仿真和验证,结果表明有限元仿真较好地符合了实验;进行了微沟道宽度和倒角对堵塞影响的有限元分析,并且预测了玻璃微流控芯片EN膜真空热键合的沟道堵塞情况。