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微流控芯片制作流程
2021-08-13
阅读3792

什么是微流控芯片?

微流控是一种精确控制和操控微尺度流体,尤其特指亚微米结构的技术,又称其为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片技术。是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上,自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力,已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。由于微米级的结构,流体在微流控芯片中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能,因此发展出独特的分析产生的性能。同时还有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低,且反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。

         微流控芯片早期也是从MEMS技术发展而来,通过微加工工艺在硅、金属、高分子聚合物、玻璃、石英等材质的基片上,加工出微米至亚毫米级的流体通道、反应或检测腔室、过滤器或传感器等各种微结构单元,而后在微米尺度空间对流体进行操控,配合流体控制或分析仪器自动完成生物实验室中的提取、扩增、萃取、标记、分离、分析,或者细胞的培养、处理、分选、裂解、分离分析等过程。


微流控芯片的应用

1、细胞分选

2、细胞培养

3、基因芯片


如何制作微流控芯片?


一、设计绘制版图

大部分的微加工都需要先设计并绘制版图,微流控芯片的制作也是一样的,根据自己的目的设计绘制出合适的版图,具体关于版图的文章小编昨天的文章有提过,可以查看上一篇文章。


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每个小点点下面对应着一套完整复杂的图形。

二、光刻图像转移

掩模板就是将上面设计好的特定几何图形通过一定的方法以一定的间距和布局做在基板上,制作各种功能图形并精确定位。一般使用的方法:

1、接触式曝光机实现同比例的图形转移

2、Stepper曝光机台转移图形与版图尺寸实际比例一般是4:1或者5:1,实现将版图图形缩小4~5倍之后投射于目的片上。

3、电子束直写的技术实现表面nm图形的转移,借助掩模版对光刻胶的压力、同时辅助紫外曝光,最终实现纳米级图形的转移。

4、通过激光加工或者腐蚀的方式,实现表面镂空的图形设计

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三、刻蚀

光刻板制好后就可以进行常规的光刻刻蚀工艺了,一般做微流控芯片的刻蚀深度都比较深,有时候可能需要先做一层硬掩模(可以是氧化硅、氮化硅、金属铬等),厚度与刻蚀深度相关。

刻蚀的时候一般选择等离子体刻蚀进行加工,对于不同的材料选择不同的气源。等离子体刻蚀是一种以化学反应为主的干法刻蚀工艺,刻蚀气体分子在高频电场作用下,产生等离子体。等离子体中的游离基化学性质十分活泼,利用它和被刻蚀材料之间的化学反应,达到刻蚀微流控芯片的目的。目前硅材料、玻璃、石英等都有比较成熟的工艺。刻蚀石英需要特殊的气源才能得到高的深宽比。

四、倒模

如果是光刻刻蚀工艺做的基片,刻蚀结束后,在基片表面涂上一层PDMS(几百um),然后进行烘干,等完全凝固后完成倒模。(PDMS与固化剂的比例一般是10:1)

   如果用的SU8工艺,等光刻显影完,SU8胶固定后再进行倒模。


五、键合

现有的键合方法有热键合、阳极键合、低温键合


整个流程下来就可以得到一个自己想要的微流控芯片了,每个过程都有很多问题需要注意,因为根据个人的需求设计对版的选取和制作的采用的加工设备方法都有很大的关系,不合适的选择可能导致通道的粗糙度过大或刻蚀深度不满足等问题。


平台提供整套服务流程,有需求可联系下方电话或关注下方公众号联系我们。

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