基于SU8和PMMA的毛细管电泳芯片制作

　　0　引言

　　毛细管电泳芯片[1, 2]是通过MEMS加工技术在面积很小的基片上制作出微流体进样、反应、分离和检测的功能单元,实现样品高效、快速、低功耗的分离和检测的MEMS生化器件,是微流控系统的典型代表之一,具有广阔的市场前景[3]。目前芯片的简易制作方法主要包括: (1)直接腐蚀玻璃等得到微流体管道,然后进行芯片的封装[2]; (2)腐蚀硅片或金属基片得到模具,然后经过热压模将微管道图形复制到高聚物上,再进行键合封装[4, 5]; (3)在模具上直接浇注PDMS等弹性材料并固化成型,然后直接键合。这些方法具有制作简易、快速的特点,但难以制作出宽尺寸范围和高图形质量的芯片。本文提出了基于SU8和PMMA的电泳芯片加工方法,与现有的加工方法相比,具有如下的特点:

　　1)直接将SU8作为芯片的材料。SU8环氧负性光刻胶具有良好的物理、化学和机械等性能,本身可作为MEMS器件的最终材料[7]。聚合物材料有机玻璃PMMA材料成本低、可加工性好,因此已经广泛应用与电泳芯片的研究中。

　　2)制作速度快图形质量高、芯片键合强度高等特点。经过一次性SU8光刻步骤即可达到所需的微管道图形结构,同时具有加工尺寸范围宽、图形结构深宽比大和图形精度高等特点。PMMA与SU8光刻胶之间可以通过热压方式实现芯片的键合封装等,同时键合强度高[9]。

　　3)本文提出的加工方法与电泳芯片UV-LIGA工艺具有很好的兼容性。由UV-LIGA工艺原理可知,UV-LIGA工艺得到的微结构是SU8胶紫外光刻图形结构的精密复制,因此二者加工方法得到芯片的结构组成和参数是一致的,本文中直接将光刻得到的光刻胶结构作为最终的产品结构,避免了相对耗时的微电铸和热压模等图形转移步骤。因此通过本文提出的加工方法可以快速确定芯片的相关结构参数和工艺参数。

　　因此,本文通过对基于SU8和PMMA的毛细管电泳芯片制作方法的研究,既可以实现高图形质量芯片的快速制作,又为芯片UV-LIGA制作工艺提供了必要的前期研究基础。

　　1　实验部分

　　整个芯片的制作工艺流程如图1所示。首先在有机玻璃PMMA上通过Lift-Off工艺制作电泳驱动电极以及电化学检测微电极;然后利用紫外光刻SU8微流体管道;再通过热压法实现PMMA盖片和基片之间的键合封装。

　　1. 1　微电极的制作

　　微电极Lift-Off制作流程如图2所示,主要包括粘附层制作、正光刻胶曝光显影、正胶二次曝光、真空溅射镀膜以及正胶显影剥离等步骤。黏附层制作方法如下:在经过表面处理的基片上甩一层约10μm厚SU8胶,依次进行前烘、曝光、后烘和坚膜。黏附层制作工艺的主要参数如表1所示。