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PDMS微流控芯片的制备工艺研究

作　者: 夏飞
导　师: 沈瑞琪
学　校: 南京理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 微流控芯片聚二甲基硅氧烷(PDMS) 键合紫外改性模塑成型
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 495次
引　用: 6次
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内容摘要

为了制备性能优良的微流控芯片,本文对聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的成型工艺、表面改性工艺以及芯片键合工艺进行了研究,主要的研究工作和成果如下：采用二次模塑成型工艺制作了PDMS基片,工艺流程主要包括玻璃微通道模板的制作、PDMS阳模复制成型以及PDMS基片成型。采用光刻蚀与湿法刻蚀相结合的技术制作了凹形玻璃微通道模板,通过对比实验研究了刻蚀液配方、刻蚀液浓度以及刻蚀时间对微通道刻蚀效果和几何结构的影响。PDMS与固化剂按照10：1的比例进行混合,浇注成型后,90℃条件下固化30min。采用相同的工艺制作了玻璃凸形微通道模板,采用扫描电子显微镜(SEM)进行了几何结构和表面形貌表征,结果显示：基于凸形微通道模板的PDMS基片成型工艺简单,缺陷较多。研究了PDMS基片的紫外改性方法,通过测量接触角和X射线光电子能谱(XPS)表征,确立了紫外改性的工艺参数,并对改性机理进行了讨论。采用光刻法和剥离法进行了阵列电极的制作,并成功键合了带有阵列电极的PDMS-玻璃混合微流控芯片。对PDMS基片和PDMS盖片进行紫外改性,键合了全PDMS微流控芯片。对键合成功的PDMS芯片强度进行测试,结果显示：PDMS混合微流控芯片大于0.82MPa,全PDMS微流控芯片的键合强度约为0.21MPa。介绍了微流控芯片的电渗流理论,实验测得PDMS混合微流控芯片伏安特性的最高电压为800V,芯片可以在500V电压下顺利完成进样操作。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 微流控芯片简介  9-12
    1.1.1 发展概况  9-10
    1.1.2 基本原理  10-11
    1.1.3 主要特点  11
    1.1.4 应用现状  11-12
  1.2 微流控芯片的制备工艺及芯片材料简介  12-17
    1.2.1 芯片材料简介  12-13
    1.2.2 芯片微通道的制备工艺研究现状  13-15
    1.2.3 芯片键合工艺研究现状  15-17
  1.3 本论文的选题目的、意义和研究内容  17-19
2 PDMS基片的成型工艺研究  19-38
  2.1 PDMS的结构和基本性质  19-20
  2.2 芯片图形的计算机辅助设计  20-21
  2.3 仪器与试剂  21-22
  2.4 玻璃微通道模板的制作  22-27
    2.4.1 玻璃微通道制作过程  22
    2.4.2 光刻工艺  22-25
    2.4.3 芯片湿法刻蚀  25-26
    2.4.4 PDMS微通道成型前处理  26-27
  2.5 PDMS微通道成型实验  27
    2.5.1 PDMS阳模的成型  27
    2.5.2 PDMS基片的成型  27
  2.6 结果与讨论  27-36
    2.6.1 玻璃微通道的刻蚀工艺优化  27-34
    2.6.2 PDMS复制成型对比研究  34-36
  2.7 小结  36-38
3 微流控芯片键合工艺及芯片性能研究  38-62
  3.1 芯片阵列电极的制作  38-42
    3.1.1 阵列电极的设计  38-39
    3.1.2 剥离法制作铜电极  39-41
    3.1.3 光刻法制作铬电极  41-42
  3.2 微流控芯片键合实验  42-44
  3.3 芯片键合强度测试  44-45
  3.4 PDMS紫外改性研究  45-47
    3.4.1 实验原理  46
    3.4.2 改性测试  46-47
  3.5 芯片的流体流动研究  47-51
    3.5.1 微流控芯片电渗流理论  47-50
    3.5.2 芯片的流动实验  50-51
  3.6 结果与讨论  51-61
    3.6.1 芯片键合效果研究  51-54
    3.6.2 PDMS表面接触角测量  54-56
    3.6.3 XPS分析研究  56-58
    3.6.4 芯片的流体流动研究  58-61
  3.7 小结  61-62
4. 结论  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68

PDMS微流控芯片的制备工艺研究

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