基于探针轨迹运动的PMMA微流控芯片制作工艺研究

摘要

微流控芯片以其体积小、使用剂量少、反应速度快等优点发展迅速，但是目前微流控芯片上微通道的加工工艺较为繁琐且加工复杂结构困难。基于探针轨迹运动的加工方法由于其加工灵活的特点逐渐显示了其在微纳结构加工上的优势。此外，对于微小尺度通道（10μm）的键合也是一个难点。本文主要针对基于探针轨迹运动加工方法进行工艺研究，并通过对乙醇辅助紫外键合法和乙醇辅助热压键合法两种键合方法的工艺研究进而制作微流控芯片。
　　首先，以平面度为指标，选定平面度较好的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为加工材料；通过对原有设备的特性研究和装置改进，包括搭建新的微动工作台和编制软件辅助调平，提高了加工效率，并研究了改进后设备的加工特性；通过不同形状针尖的加工实验，确定了三棱锥针尖为加工刀具，并研究其加工特性，确定了最优加工方向。
　　然后，利用单因素实验探究了各切削参数对通道底部粗糙度的影响规律，确定了各参数的加工范围；采用正交试验设计方法，获得了通道底部粗糙度的最优加工工艺参数。并在直线通道和倾斜通道的加工工艺研究基础上，设计加工了多种复杂形式的通道。进而以加工的PMMA通道为模板经过二次转印制作出聚二甲基硅氧烷（PDMS）通道。
　　最后，利用工艺成熟的热压键合法对所加工通道键合，验证了所加工PMMA通道作为微流控芯片通道的可行性。并研究了以乙醇为辅助溶剂的紫外键合法和热压键合法，利用X射线光电子能谱分析(XPS)对样品表面进行测试，分析了两种方法的键合机理。通过有无毛刺的通道的键合分析了毛刺对键合的影响，研究了两种键合方法的键合工艺，利用得到的键合工艺完成对芯片的键合。此外，还利用乙醇辅助紫外键合法将PDMS结构转印至PMMA，通过对不同微结构的转印，探索了该种方法的适用范围。

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第1章 绪论

1.1 课题来源以及研究背景和意义

1.2 微流控芯片材料

1.3 PMMA芯片加工方法综述

1.4基于探针轨迹运动的加工技术研究现状

1.5 PMMA芯片的键合方法综述

1.6 本文主要研究内容

第2章 基于探针轨迹运动的微加工装置特性研究

2.1 引言

2.2 基于探针轨迹运动的加工原理

2.3加工材料的选型

2.4原有加工装置的加工特性研究

2.5基于探针轨迹运动的微加工装置改进

2.6改进后微动工作台的加工特性研究

2.7不同形状的微探针加工特性研究

2.8本章小结

第3章 基于探针轨迹运动的加工工艺实验研究

3.1 引言

3.2 工艺参数对通道底部粗糙度的影响规律研究

3.3 正交试验设计

3.4 复杂结构的加工工艺研究

3.5 基于PMMA通道的PDMS微流控芯片制作工艺研究

3.6 本章小结

第4章 PMMA微流控芯片键合工艺实验研究

4.1 引言

4.2 微通道的通液验证实验研究

4.3 乙醇辅助紫外键合法

4.4 乙醇辅助热压键合法

4.5 三种键合方法的对比

4.6 基于乙醇辅助键合法的PMMA微结构转印工艺实验研究

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢