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芯片材料与芯片制作技术（三）

2.8 高分子聚合物芯片的打孔方法

高分子聚合物芯片的打孔方法主要有三种。一是钻孔法，用有机高分子聚合物板材做芯片时，此法打孔简单、快速，用高质量的金属钻头即可打出周边光滑平整的孔；二是模具法，此法适用于注塑法和模塑法生产的芯片，即在芯片模具制造过程中将孔径一定的圆柱安放在模具的相应位置上，这样生产出来的芯片就拥有大小一样、周边光滑平整的孔，此法制得的孔质量最好[29]；三是空心管切割法，该方法仅适用于模塑法生产的PDMS芯片打孔，设备简单、操作方便。

2.9 高分子聚合物芯片的封接流程

可用于微流控芯片制作的高分子材料有很多种。因材料性质的不同封接方法也有所不同。常见的封接方法有热压法、热或光催化粘合剂粘合法、有机溶剂粘接法、自动粘接法、等离子氧化封接法、紫外照射法和交联剂调节法等。

通过加热和施加一定的压力可以将刻有微通道的聚合物基片与盖板封接在一起。如果这一温度接近聚合物的玻璃态温度，就有可能导致芯片中的微通道变形。为了尽量减小封接过程对微通道的影响，可以在聚合物盖板上涂上一层低玻璃态温度的聚合体，或者使用热或光催化粘合剂将聚合物芯片粘接在一起[30],对于PMMA材料而言在操作过程中粘合剂很容易进入并堵塞微通道，要特别小心防止。亦可采用工业用的碾压法将PMMA膜与PMMA基片快速封接起来。最近又有报道利用混合有机溶剂在常温、低压条件下封接PMMA芯片。该方法特别适合于大规模的PMMA芯片生产的封接[31]。

PDMS粘附性较好，刻有微结构的PDMS基片可以与同种材质或多种不同材质的盖板实现可逆或不可逆封接。通常简单地对齐复合就可以得到密闭的PDMS芯片，但这种封接是可逆的，不能承受较大的压力，很可能被轻易揭开。如果将PDMS基片和盖板表面先用等离子氧化处理，或紫外线照射，再将二者复合在一起，则可以使PDMS芯片实现不可逆封接，使封接更为牢固和持久。另外，通过改变PDMS聚合体和交联剂的最佳配比，使基片和盖片中的PDMS聚合体和交联剂组成比分别较最佳配比略高和略低，当基片和盖片复合后，在交界处由于分子扩散使聚合体和交联剂的配比较佳，也可提高封接牢固度[32]。香港大学的W. T. Chan课题组和作者实验室合作，采用家用微波炉实现了PDMS芯片的封接，操作简单，经济实用，对环境要求不高，尤其适用于没有条件建立洁净室的研究小组进行芯片研究，显示了很好的应用前景[33]。

2.10 高分子聚合物芯片评估方法

作者实验室在早期建立了一套可规模化生产多通道塑料芯片的注塑生产工艺，并批量生产出了PMMA微流控芯片[34-44]。采用一种新方法，利用混合有机溶剂在常温、低压条件下封接PMMA电泳芯片。该方法与现有的热封接和粘接法相比，具有环境要求宽松、操作简单、成本较低等优点，适合于规模化封接[31]。在此基础上，作者课题组又对芯片的理化性质进行了系统研究，表明在波长400～1000 nm范围，该芯片透过率在91-93%，接触角为81°10′±1°，电渗流为2.5×104 cm2V-1.s-1。三通道PMMA微流控芯片的结构如图2-26所示。

图2-26 注塑型PMMA芯片设计图

芯片的具体规格尺寸如下所示：