专利名称：一种用于生物医学流体的微型可逆密封结构和制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生物医学微流体的微型可逆密封结构及其
制作方法，更具体地，涉及一种基于微机电系统(MEMS)微加工技 术制作的用于生物医学微流体的微型可逆密封结构及其制作方法。
背景技术：
微型化生物化学分析系统由于其灵敏度高、选择性好、成本低、 体积小等优点，在生物医学、门诊、法医学等领域有着广泛的应用前 景和巨大的巿场空间。微型化生物分析系统通常需要将用于样品纯 化、混合、扩增、分配的微流体生物芯片和生化测量单元进行高度集 成。在进行样品的处理、制备和扩增的过程中，由于微流体样品溶液 的量很少，如果密封不好，则在一定的温度和湿度条件下很容易被蒸 发。因此，需要一种可靠的密封结构对微流体进行密封。
对微流体的密封通常釆用两种方式， 一种是可逆密封，另一种是 不可逆密封。不可逆密封通常是利用微加工技术中的键合等方式实现 的。通过不可逆密封方法对微流体进行密封所获得的产品在可靠性、 可控性、以及可重复性等方面存问题。而利用聚合物材料进行可逆密 封具有快速易行、可在室温条件下完成等优点。目前常用的可逆密封 材料是PDMS,即聚二甲基硅氧烷，俗称硅橡胶。通常进行可逆密封 的方式是将密封结构直接制备在流体仓上面。对于复杂的生物流体系 统(如在密封的一边需要制作电极等结构)，上述可逆密封方法有很 大的缺陷。

发明内容
本发明提出一种新的可逆密封结构和实现方法，利用该结构不 但可以实现重复可控的密封，而且可以对密封结构进行图案化，在密封的一端制作电极等功能单元。从而实现复杂流体芯片的灵活性和实 用性。
具体地，本发明的一方面提供一种生物医学微流体的微型可逆密
封结构,该结构由两个衬底、微流体沟道和流体反应仓、PDMS密封
本发明的另 一方面提供一种制作生物医学微流体的微型可逆密 封结构的方法，包括
在第一衬底上制作图案化的PDMS密封层；
在第二衬底上制作微流体沟道和微流体反应仓等流体控制和处 理功能器件；以及
釆用适当的对准搡作方式，进行微流体芯片的可逆密封。
其中，在第一衬底上制作图案化的PDMS密封层时，由于可以 对PDMS进行图形化，可以在第一衬底上同时集成微电极、微传感 器等功能单元。
在本发明的一个实施例中，在第二衬底上制作的所述流体沟道和 反应仓的厚度为10-1000)im。
在本发明的一个实施例中，在所述第一衬底上的所述PDMS是 l-10)im厚的薄层，对该薄层进行图案化可以通过釆用等离子体干法 或者其他刻蚀方法进行。
在本发明的上述密封结构和制作方法中，由于釆用了双衬底结 构，分别将微流体单元和密封层制作在两个不同的衬底上，采用 PDMS作为密封层，对PDMS密封层进行图案化，从而可以实现复 杂灵活的微流体芯片系统集成。


下面结合附图对本发明的原理和最佳实施方式进行说明。附图及 其所表示的实施方式的目的仅仅是为了描述本发明的原理，而不是要 以任何方式来将本专利申请的范围限制于所述具体实施方式
。其中图1示出本发明的双衬底密封结构的剖视示意图,其中上下结构处
于分开状态；
图2示出本发明的双衬底密封结构的另一剖视示意图，其中 上下结构处于密封结合状态。
具体实施例方式
图1和图2分别示出本发明的双衬底密封结构的剖视示意图， 其中图1所示为上下结构处于分开的状态，而图2所示为上下结 构处于密封结合状态。
根据本发明的一个实施例，在制作图1和图2所示的本发明 的双衬底密封结构时，可以采用以下步骤
1.制作PDMS密封层
首先配制PDMS预聚合物。为了配置PDMS预聚合物，需要 将PDMS基质与固化剂以一定的比例混合均匀。在制作过程中， 为了防止PDMS固化后有气泡嵌入影响密封效果，通常需要对 PDMS预聚合物进行脱气处理。
然后旋涂PDMS。即把表面制作有功能器件单元的衬底(a) 设置于旋涂机上，将经过脱气处理的PDMS预聚合物滴在上面， 以一定转速旋涂。然后将旋涂有PDMS预聚合物的衬底(a)烘干。
接下来制作掩膜层。在PDMS表面制作一定厚度的掩膜层， 以便在PDMS刻蚀过程中对非刻蚀区PDMS进行保护。
对掩膜层进行光刻。通过光刻限定出PDMS图案的形状，并 将需刻蚀区域的掩膜层刻掉。这样要刻蚀的PDMS区域就用掩膜 层限定出来了。
然后刻蚀PDMS。釆用等离子体干法或者其他刻蚀方法，将 需刻蚀区域的PDMS层刻蚀掉。
最后去除掩膜层。刻蚀完毕后把掩膜层去掉。 经过上述处理，就在衬底(a)上形成PDMS密封层。2.制作微流体沟道和微反应仓
首先准备衬底。将需要的衬底(b)进行常规清洗，并用氮气 吹干。
然后对准备好的衬底(b)进行钝化处理。将衬底(b)做钝 化处理，使其表面生成一层钝化层。
接下来制作功能器件。在经过钝化处理的衬底(b)表面制作 需要的诸如微加热器、微传感器这样的各种功能器件。
最后制作微流道和微反应仓。在已经制作有功能器件的衬底 (b凌面用ME M S微加工技术制作微流道和微反应仓等功能结构。
经过上述步骤1和步骤2处理后，分别获得了制作有图形化 PDMS密封层和微电极等功能器件的衬底(a)和制作有微流体沟 道和微流体反应仓等流体控制和处理功能器件的衬底(b),如图 1所示。此时，可以将上下两部分组合在一起，采用适当的对准 操作方式，方便地实现微流体芯片的密封。最后得到完成的微流 体芯片封装单元，如图2所示。因为这种密封是可逆的，因而可 以重复使用。
尽管以上描述了本发明的具体实施方式
，但本领域的技术人 员应当理解，在不偏离本发明的精神和主旨的前提下，可以对具 体的实施方式进行各种变通和修改，这些变通和修改应当都属于 本发明的范围。也就是说，本发明的范围不由以上所述的具体实 施方式限定，而是由后面所附的权利要求书所限定。
权利要求
1、一种用于生物医学微流体的微型可逆密封结构，包括第一衬底，在该第一衬底上设置有图案化的PDMS密封层；第二衬底，在该第二衬底上设置有流体控制和处理功能器件；且所述第二衬底上设置的流体控制和处理功能器件通过所述PDMS密封层被封装在所述第一衬底和第二衬底之间。
2、 如权利要求l所述的微型可逆密封结构，其中所述第一衬底上 还设置有功能单元，该功能单元包括电极、传感器。
3、 如权利要求1或2所述的微型可逆密封结构，其中所述第二衬 底上设置的流体控制和处理功能器件包括微流体沟道和流体反应仓。
4、 如权利要求4所述的微型可逆密封结构，其中所述流体沟道和 反应仓的厚度为10-1000微米。
5、 一种制作用于生物医学微流体的微型可逆密封结构的方法，包括: 在第一衬底上制作图案化的PDMS密封层； 在第二衬底上制作流体控制和处理功能器件；以及通过所述PDMS密封层将所述第二衬底结合到所述第一衬底上， 使得所述第二衬底上的流体控制和处理功能器件被封装在所述第一 衬底和所述第二衬底之间。
6、 如权利要求5所述的方法，其中在第一衬底上制作图案化的 PDMS密封层的步骤进一步包括在所述第一衬底上制作功能单元，该 功能单元包括电极、传感器。
7、 如权利要求5或6所述的方法，其中所述第二衬底上设置的 流体控制和处理功能器件包括微流体沟道和流体反应仓。
8、 如权利要求7所述的方法，其中所述流体沟道和反应仓的厚 度为10-1000微米。
全文摘要
公开了一种用于生物医学微流体的微型可逆密封结构，包括第一衬底，在该第一衬底上设置有图案化的PDMS密封层；第二衬底，在该第二衬底上设置有流体控制和处理功能器件；并且所述第二衬底上设置的流体控制和处理功能器件通过所述PDMS密封层被封装在所述第一衬底和第二衬底之间。还公开了一种制作用于生物医学微流体的微型可逆密封结构的方法，包括在第一衬底上制作图案化的PDMS密封层；在第二衬底上制作流体控制和处理功能器件；以及通过所述PDMS密封层将所述第二衬底结合到所述第一衬底上，使得所述第二衬底上的流体控制和处理功能器件被封装在所述第一衬底和所述第二衬底之间。
文档编号G01N27/28GK101430299SQ20081024037
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者刘泽文, 王子千, 健 秦 申请人:清华大学