微流控器件金属镍模具的电铸制作

提出了一种微流控器件金属镍模具的制作方法。首先应用凸角补偿技术以各向异性湿法腐蚀硅得到呈凹图案的硅基阴模,再在硅基上电铸制作镍阳模。以此阳模为模具经过浇模、键合批量制作PDMS微流控器件。结果表明镍模具的平整度高,其表面算术平均粗糙度为0.725μm。多次复制得到的微流控器件重现性好,一致性高,其沟道的下底宽度、上顶宽度和深度的相对标准偏差(RSD)分别为1.70%、2.29%和5.31%。     

热压法快速制作微流控芯片模具

提出了一种微流控芯片模具的快速批量制作方法。应用光刻与湿法腐蚀技术制作玻璃母模,然后采用热压成形技术批量制作聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阳模,再利用阳模浇模、键合批量制作聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。结果表明,该法制作的PMMA模具及复制得到的PDMS芯片平整度好、一致性高,其沟道宽度和深度的相对标准偏差分别小于0.5%和1.5%。     

具有三维聚焦功能的微流控芯片

为了使用微流体细胞仪对细胞精确计数,采用紫外光刻工艺制作了能够真正实现三维聚焦功能的微流体检测芯片(微流控芯片).使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行二次倒模复制其结构以缩短微流控芯片制作周期、降低制作成本,并进行了芯片的封装与测试.首先,利用沉浸式光刻技术和斜曝光工艺制作了具有三维聚焦功能的SU-8微流沟道;然后,利用PDMS对所制作的SU-8微流沟道进行一次倒模,得到其负模结构;对负模结构进行表面处理后,再进行二次倒模,得到PDMS微流沟道;最后,封装PDMS微流沟道与盖片,制得微流控芯片,并对微流控芯片的沟道聚焦效果进行了测试.实验测试发现随着鞘流与样本流流速比不同,得到样本流的聚焦宽度也不同.当鞘流与样本流流速比为20∶1时,可以得到约10.4 μm的聚焦宽度.结果表明,该芯片结构可靠,可以满足进一步的流体聚焦检测要求.采用该方法制作的微流控芯片具有生产周期短、成本低、效率高和结构可靠的特点.     

PDMS微流控芯片复型模具的新型快速制作方法

提出一种快速制作聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxalle),PDMS)微流控芯片复型模具的新方法,并对其制作工艺进行研究.以液体光刻胶为模具材料,在液态下通过紫外光曝光使光刻胶固化而形成模具微结构.在整个制作过程中不需要对液体光刻胶进行烘烤,与目前使用较多的以SU-8光刻胶(一种负性环氧型光刻胶)为模具材料的制作方法相比,不仅简化制作工序,大大缩短制作时间,且避免加热产生的内应力导致的结构变形.该方法不需要昂贵的制作设备,所用原材料成本低廉.试验结果表明,所制作的模具微结构侧壁陡直、表面光滑,最大深宽比达5.7,在对PDMS材料的复型试验中获得良好的形状和尺寸精度.     

聚合物PDMS片表面特性的AFM和XPS初步研究

本文用原子力显微镜(AFM),研究常用固化模具材料玻璃、有机玻璃(PMMA)和塑料制作的PDMS盖片的表面特性。并用XPS分析PDMS表面的化学组成,表明在优化的PDMS芯片制作条件下,PDMS芯片的自粘粘合力取决于盖片的表面粗糙度。     

PMMA微流控芯片微通道热压成形与键合工艺研究

微流控芯片在化学分析、临床诊断等领域的应用前景广阔.聚合物材料具有低成本、良好的加工性能、可用热压等快速成形方法加工微通道、易于实现批量生产等优点,适于作为制作微流控芯片的基材.本文研究了微通道热压成形及其芯片制作工艺.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材制作了微流控芯片.在加热软化的PMMA上,用带有凸起微结构的镍模具在基片上压制出开放微通道,讨论了热压过程中温度、压力对芯片微通道成形质量的影响,确立了优化的热压成形工艺.在PMMA玻璃转化点(Tg)附近,通过施加一定的压力,实现基片与盖片的直接键合,获得了密闭分离微通道,并在PMMA微流控芯片上实现了安非他明的分离检测.     

基于Ag-PDMS复合导电材料的微流控芯片3D电极的制备

提出一种利用Ag粉和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)制成的复合材料加工微流控芯片3D电极的方法。选取导电性良好的银粉作为填料物,透明性良好和生物兼容的PDMS作为基体。将Ag颗粒表面改性后,用超声法、机械共混法相结合的方法与PDMS混合加工形成一种新型Ag-PDMS复合导电材料。分析了Ag粉的形貌、粒径、填料比例与复合材料电阻率的关系,结果表明当选取粒径为1μm片状Ag颗粒作为填料物,填料质量分数为86%时,Ag-PDMS复合导电材料的导电性能最好。最后利用软光刻方法,经过曝光、显影、填充、固化和剥离等过程,制备了3D电极。实验证明,该方法可以成功制备Ag-PDMS复合导电材料微流控芯片3D电极,对微流控芯片电极的制备有重要意义。     

微流控芯片模具化学蚀刻制造工艺研究

为制造微流控芯片模具实现微流控芯片的大批量生产,采用三酸型蚀刻液对图案掩膜的P20模具钢进行蚀刻加工。观测蚀刻的微流道形状和尺寸,分析蚀刻深度、流道宽度、蚀刻因子和面粗糙度等随加工时间的变化规律。结果表明加工时间越长,微流道侧壁垂直性越好,蚀刻因子越大,但面粗糙度越差。因为反应产物附着于工件表面,特别是侧壁上,使侧向蚀刻速度低于深度方向蚀刻速度,而蚀刻反应产生热量,使工件反应表面温度升高,蚀刻速度加快,影响表面质量。蚀刻反应中,合理控制掩膜尺寸、加工时间、搅拌速度和反应温度等,才能得到满足要求的微流控芯片模具。     

一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究

研究了利用UV-LIGA技术制造PMMA微流控芯片金属热压模具。采用预机械抛光的Ni板作为电铸基底,光刻SU-8 2050后形成电铸型模,然后电铸Ni微通道,去胶后电铸基底与微通道结合形成芯片热压模具。此方法有效地解决了传统UV-LIGA方法中的倒拔模斜度的问题。制作的微流控芯片模具微通道的宽度和高度尺寸偏差分别为1.7%和2.8%,满足微流控芯片的应用要求。     

一种PMMA-聚酯材料的微流控芯片加工工艺研究

本文论述了一种以聚酯材料为通道层、以PMMA(polymethyl methacrylate)为盖板和底板的微流控芯片的制作工艺,以30mm(直径)×2.2mm(厚)的液滴分离微流控芯片为例,详述PMMA-聚酯芯片的设计和制作流程。实验表明,采用该工艺加工微流控芯片,表面质量高,方法简单,加工效率高。     

适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作

改进了适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作方法,可在20min内制作出厚度均匀、大小一致的PDMS芯片。通过对PDMS盖片进行光学处理后,既改善其表面的亲水性,又可与玻璃基片进行不可逆封接。通过在芯片储液池部位安装压驱入口接头,使注射泵或蠕动泵的流体运输管道与芯片微通道实现良好接合,操作简便、死体积小。是一种适用于以细胞分析为目的的微流控芯片构建方法。     

基于AMESim的新型PDMS微阀动态特性仿真研究

针对一种新型的可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀的进一步研究和应用问题,在阐述了其结构和工作原理的基础上,利用AMESim软件建立了相应的动态仿真模型,对其流量、压力动态特性进行了分析,并且给出了该种微阀和传统气动电磁阀的流量、压力动态特性的对比分析结果.该种新型的电磁致动微阀由微流控芯片的上层PDMS平膜、具有微流道的下层PDMS厚膜和电磁致动器构成,电磁致动器通过安装在阀座上的玻璃片与PDMS微流控芯片实现了集成.而且,采用这种集成化的新型微阀的控制方式相较于传统采用气动电磁阀的控制方式,具有成本低、体积小、易于与微流控芯片集成等优点.研究结果表明,采用这种新型PDMS微阀对微流控芯片进行驱动和控制可以获得较好的动态特性,并且该研究对电磁致动微阀的进一步研究和应用提供了一定的理论指导.     

高阻硅上RF-MEMS共面波导设计及测量研究

设计并实现了基于高阻硅RF-MEMS(射频-微机电系统)共面波导传输线(CWP), 并测量和分析了不同偏压下的特征阻抗值。利用部分电容法和保角变换法得到的分析公式确定了特征阻抗为50 Ω的共面波导的几何结构尺寸,采用MEMS准平面加工工艺在高阻硅衬底上实现了2.5 μm厚的金共面波导结构。在施加不同直流偏压的情况下对所设计的共面波导进行了S参数测量。计算了Winkel多项式中所有系数的具体表达式,运用该多项式获得了共面波导的特征阻抗,并与传统的特征阻抗提取方法进行了结果比较。实验数据表明,在中心信号线上施加的直流偏压对S参数的影响很小,而对共面波导特征阻抗的影响较为明显,当施加的直流偏压从0 V变为38 V时,特征阻抗的实部会增加,变化幅度小于1.2 Ω,虚部会减小,变化幅度小于0.8 Ω。     

电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具

提出了一种基于电场驱动微尺度3D打印制备蜡基材料微结构的工艺。通过脉冲直流产生自激发静电场驱动皮升级体积石蜡微滴喷射沉积成形；研究了打印参数如气压、电场强度、脉冲频率及占空比等因素对于蜡模打印的影响；优化实验参数，制作了可用于PDMS转印的石蜡微模板，模板线宽为61.25 μm，高度为44.13 μm；结合微转印技术和等离子改性技术制作了微米级微流道芯片样件，并通过实验验证了其具备微流控芯片的基本特征。     

Patterned wafer bonding using ultraviolet adhesive

The process of patterned wafer bonding using ultraviolet (UV) adhesive as the intermediate layer was studied. By presetting the UV adhesive guide-layer, controlling the thickness of the intermediate layer (1– 1.5 μm), appropriate pre-drying temperature (60°C), and predrying time (6 min), we obtained the intermediate layer bonding of patterned quartz/quartz. Experimental results indicate that patterned wafer bonding using UV adhesive is achieved under room temperature. The process also has advantages of easy operation, low cost, and no plugging or leakage in the patterned area after bonding. Using the process, a microfluidic chip for red blood cell counting was designed and fabricated. Patterned wafer bonding using UV adhesive will have great potential in the fabrication of microfluidic chips.     

MEMS硅半球陀螺球面电极成形工艺

由于球面电极是曲面结构,电极各处的电感耦合等离子体(ICP)刻蚀深度不一致,在加工过程中常发生球面电极还未刻蚀到位而谐振器已被破坏的现象,故本文提出了新的球面电极成形工艺。基于ICP刻蚀固有的lag效应,采用刻蚀窗口宽度由60μm渐变至10μm的V形刻蚀掩模调制电极各处的刻蚀速度,在电极各处获得了基本一致的归一化刻蚀速度(2.3μm/min)。利用台阶结构拟合球面电极的3D曲面结构,并保证通刻阶段的硅厚度基本一致为150μm来消除球面电极加工时最薄处已经刻穿阻挡层并破坏谐振器而最厚处还没有刻蚀到位的现象。结合台阶状的二氧化硅掩模对球面电极各点处的硅ICP刻蚀当量进行了调整,使其基本相等,通过一次ICP刻蚀即完成了对硅球面电极的加工。利用提出的方法成功制备出了具有功能性输出的微机电系统(MEMS)半球陀螺的硅球面电极,其最大半径可达500μm。     

微流控芯片光学检测系统集成化新进展

微流控芯片是微全分析系统(μTAS)中当前最活跃的领域和发展前沿。目前人们在微流控芯片的研究中已经取得了很大的进展,研制出了多种微型化、集成化的芯片。相比之下,与微流控芯片配套的高灵敏度微型光学检测系统的研制却相对落后。介绍了分别基于CMOS、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和微型雪崩光电二极管(μAPD)来实现光学检测系统与微流控芯片集成化的方法。     

Thermal buckling analysis in InSb focal plane arrays detector

When exploring the buckling mechanism in indium antimonide (InSb) detector, the global square checkerboard buckling pattern reappears in finite element simulation results. The contributions from the three layered materials to the deformations along the Z-direction are systematically analyzed. Analysis of results shows that the buckling deformation originated from the thermal difference between silicon readout integrated circuits (silicon-ROIC) and the intermediate layer directly above. Furthermore, the buckling pattern is determined by indium bumps array. After passing through the 10 μm intermediate layer, the deformation amplitude is significantly reduced from 2.23 μm to 0.24 μm. Afterwards, passing upward through the 10 μm InSb chip, the maximal deformation is further decreased to 0.09 μm.