PDMS微流控芯片的制作流程及其应用

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当前简单的微流体装置包含成型在聚合物中的微通道，该微通道粘合到平坦的表面如载玻片上。常用于微流体芯片的聚合物是PDMS，PDMS是透明的，生物相容的（非常类似于乳房植入物中使用的硅凝胶），可变形且廉价的弹性体。其易于模塑和粘合在玻璃上。由于以上这些原因，PDMS受到了研究人员的广泛关注。
制作简单的微流体芯片需要几个步骤。我们在这里描述了通过软光刻方法制造微流体芯片。
微流体通道的设计：
微流体器件的加工开始于使用专用软件如AutoCAD、Illustrator、L-Edit等设计微流体通道。一旦完成这种设计，就将其转移到光掩膜上：镀铬玻璃板或塑料薄膜，这两个是常见的模板。这可以通过专门的制造商或在用于玻璃面罩的洁净室中完成。因此，微通道用UV不透明油墨（如果基材是塑料膜）印刷或用铬蚀刻（如果基材是玻璃板）。
通过光刻法加工微流体模具：
该步骤对应于将微通道图案从光掩模转移到模具上的真实微通道中。微通道在模具上“雕刻”，产生复制品，使得能够将通道雕刻成未来的微流体芯片材料。
（1）将树脂涂在具有所需厚度的平坦表面如硅晶片上，厚度决定了微流体通道的高度。
（2）然后将具有微通道图案的光掩模保护的树脂部分暴露于紫外光下。因此，在像SU-8型的负性树脂的情况下，仅表示通道的部分暴露于UV光并固化，模具的其他部分受到掩膜的不透明区域的保护。
（3）模具在溶剂中显影，该溶剂刻蚀未暴露于紫外光的树脂区域。
（4）然后，我们获得具有来自光掩模的图案的树脂复制品的微流体模具（未来的微通道在模具上形成“浮雕”）。通道的高度由在硅晶片上展开的原始树脂的厚度确定。大多数时候，需要用硅烷处理模具，以便在模塑步骤中释放或取下微流体器件。


微流控芯片的成型：
（1）模塑步骤允许从模具中批量生产微流体芯片。
（2）将PDMS（液体）和交联剂（固化PDMS）的混合物倒入模具中并在高温下加热。
（3）一旦PDMS硬化，就可以将其从模具中取出。我们便获得PDMS块上的微通道的复制品。
微流体装置完成：
（4）为了允许注入流体用于将来的实验，使用PDMS打孔器在微流体器件上加工流体入口和流体出口。流体入口和出口与后续的微流体导管相连接，流体入口和出口的尺寸与导管外径的尺寸相配套。
（5）用等离子体处理具有微通道和载玻片的PDMS块的表面。
（6）等离子体处理允许PDMS和玻璃粘合以封闭微流体芯片。
现在，该微流体芯片就准备好了。使用微流体导管连接微流体PDMS芯片和样品储液池及OB1压力控制器后，便可以进行实验了。Tygon管和Teflon管是微流体实验装置上常用的毛细导管。


整合复杂功能：
此外，许多微流体器件集成了微电极、纳米结构或表面功能化的其他特征。这种类型的附加步骤通常采用微观和纳米技术的标准技术（薄膜沉积、等离子体蚀刻、自组装单层）。


微流体的应用
现在，微流体技术有许多大量的应用，主要是：
（1）在生物医学领域，芯片上的实验室允许在单个芯片上集成许多医学测试。
（2）在细胞生物学研究中，因为微通道具有与生物细胞相同的特征尺寸，因此，微流体芯片可以实现操作单个细胞和快速的药物切换的功能。
（3）在蛋白质结晶中，因为微流体器件允许在单个芯片上产生大量的结晶条件（温度、pH值、温度等）。
（4）还有许多其他领域：药物筛选、葡萄糖测试、化学微反应器、电化学、微处理器冷却或者微型燃料电池。
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