基于等離子體技術(shù)的聚合物微納流控芯片制作.pdf

1、為了提高聚合物微流控芯片的集成度，往往需要在芯片上集成各種金屬微電極。然而，電極在芯片熱鍵合過(guò)程中常常發(fā)生斷裂。本文首先對(duì)電極的斷裂行為進(jìn)行了研究。電極斷裂的主要原因是由于在熱鍵合過(guò)程中，電極所在的聚合物基片產(chǎn)生了塑性變形和電極內(nèi)部產(chǎn)生了熱應(yīng)力，這兩個(gè)原因都是由于較高的熱鍵合溫度造成的。采用斷口分析方法，對(duì)電極的斷裂機(jī)理進(jìn)行了研究。利用劃片機(jī)成功制作了電極的斷口試樣，利用體視顯微鏡和掃描電鏡等對(duì)斷口進(jìn)行了宏微觀分析，發(fā)現(xiàn)電極的斷裂機(jī)理是

2、一種韌窩式韌性斷裂。 為了降低芯片的熱鍵合溫度，本文提出了一種等離子體輔助熱鍵合方法。在芯片熱鍵合前，對(duì)帶有微溝道的聚合物基片進(jìn)行氧氣等離子體表面改性。利用正交試驗(yàn)法，對(duì)改性參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使得芯片常用的一種聚合物材料--聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)的接觸角由71.7°降至43.6°。接觸角的減小表征材料表面能得到了提高，因此有助于降低芯片的熱鍵合溫度。通過(guò)進(jìn)一步研究溫度對(duì)改性后的PM

3、MA接觸角的影響，最終優(yōu)化了熱鍵合溫度，使得芯片的熱鍵合溫度由原來(lái)的100℃降到了85℃。為了驗(yàn)證該鍵合方法的可行性，研制了一種用于交流電滲泵的集成銅叉指陣列微電極的PMMA微流控芯片。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明芯片鍵合完全，電極未發(fā)生斷裂。 近年來(lái)，人們又提出將納米技術(shù)引入微流控芯片，建立納流控芯片。納米溝道的制作技術(shù)是納流控芯片發(fā)展的基礎(chǔ)和源頭。本文提出了一種基于等離子體刻蝕的聚合物平面納米溝道制作方法。首先，采用紫外光刻和濕法腐蝕技術(shù)在

4、聚合物基片上制作銅掩蔽層；然后，利用等離子體清洗機(jī)對(duì)暴露在外的聚合物進(jìn)行氧氣等離子體刻蝕；最后，去除銅掩蔽層，便得到了聚合物平面納米溝道。在固定了等離子體清洗機(jī)的腔室壓力和射頻功率后，對(duì)芯片常用的多種聚合物材料進(jìn)行了刻蝕速度實(shí)驗(yàn)，分別建立了相應(yīng)的納米溝道刻蝕深度與時(shí)間的關(guān)系曲線。 利用該納米溝道制作方法和前面研究的等離子體輔助熱鍵合方法，研制了一種用于實(shí)現(xiàn)離子富集的PMMA微納流控芯片。在一片PMMA上制作2根間距0.65mm的