连续湿法刻蚀法制作不同几何断面烷微流控通道的一步法

微流控技术在过去的几十年中引起了人们的注意, 因为它们在各种生物医学和化学研究和应用中具有内在的优势。目前有几种用于构造微流控芯片的材料使用方法, 如聚合物、陶瓷和硅材料。根据我们的知识, 在微流控材料中, 由于其对各种微流体的研究和应用, 包括其光学和生物兼容性与粒子, 因此, 它是最常见的一种材料。液体和非常小活有机体^1,2,3,4,5。此外, 通过应用这种聚合物基微流控器件 10, 可调整其表面化学和结构力学性能, 以促进 microelectromechanical 和 mechanobiological 研究^{, 11,12}。对于采用设计的通道模式制造微流控器件, 通常采用软光刻复制模塑方法, 利用其相应的主模具来创建微流控通道, 其组成为光刻图案光刻胶层和硅片基板¹²。由于采用了带有图案光刻胶层的硅片的成型方法的性质, 微流控通道通常具有相同高度的矩形形状的正截面。

最近, 研究人员在生物医学研究方面取得了重大进展, 例如, 利用 hydrophoresis、分离血浆和丰富白细胞的途径对微粒和细胞进行分类, 并将微流控芯片应用于不同的高度或几何部分^6,7,8,9。通过自定义不同几何剖面的通道, 实现了生物医学应用中微流体的分类和分离功能。通过制作具有不同高度或非矩形截面的特殊表面模式的主模具, 对具有各几何特征截面的微流控通道进行了若干研究。这些关于模具制造的研究包括多步光刻、光刻胶回流和灰阶光刻^13、14、15等技术。不可避免的是, 现有的技术包括精心制作的光掩膜或在多步制造过程中的精确对准, 这可能大大提高了相应制造微流控通道的复杂性水平。到目前为止, 对不同断面微流控通道的单步法制造工艺进行了几次尝试, 但各自的技术高度限制在¹⁶通道的特定横断面形状上。

在过去的两年中, 除了用不同的截面制造新的微流控流体通道的成型方法外, 采用几何特征的模式的蚀刻技术已成为各种选择的制造方式。微流控应用程序。例如, 微流体的湿法蚀刻是利用多层的聚硅烷键合来构建一种具有重组器官级肺功能的气动驱动细胞培养装置的¹⁷。采用 microwells 的湿法蚀刻技术, 利用计算机辅助控制系统加工制造3D 敷微针阵列¹⁸的外圆管, 对其进行了制备。在微机电致动器^19、20中, 采用了聚硅烷干法蚀刻, 使其作为微观结构的组成部分。通过²¹的干法蚀刻工艺, 设计出孔隙布局的多孔型聚合物膜。湿式和干法蚀刻技术都可以集成到图案为²²的几何形状。

然而, 由于其在微流控加工中的固有局限性, 形成复杂断面形状的聚硅烷通道结构的蚀刻技术还没有得到普遍应用。首先, 在建立不同断面微流控流体通道的化学物质层流法的基础上, 对其湿蚀刻技术进行了研究, 但由于其基本特征, 后续通道段的形成仍受到限制。各向同性化学蚀刻工艺²³。此外, 虽然似乎有合理的空间, 以控制通道剖面几何在微流体制造使用了²⁰, 所需的蚀刻时间通常是太长 (在小时)生产微流控芯片的实用。此外, 该材料与相应的屏蔽光刻胶层之间的蚀刻选择性一般都很低, 因此, 这些通道的蚀刻深度是不可接受的²⁰。

本文提出了一种单步法制备不同几何横截面微流控通道的方法 (以下简称舒瑞普)。舒瑞普从单层通道的微流控芯片开始。通过对各种通道的布局设计, 通过顺序蚀刻工艺, 制作出不同几何截面的微流控通道。顺序蚀刻只需要一个蚀刻, 被引入到计划的单层布局的具体渠道嵌入在该材料。与传统的舒瑞普制造工艺相比, 该方法只需要一个进一步的步骤来制造非矩形截面或不同高度的微流控通道。所提出的舒瑞普提供了一个简单而简便的方法, 制造微流控通道的各个部分沿流动方向, 这可以大大简化上述方法的过程。