聚合物PMMA材料无阀微泵研制.doc

聚合物PMMA材料的无阀微泵研制-工程论文 聚合物PMMA材料的无阀微泵研制 蒋希赟 JIANG Xi-yun （黑龙江科技大学，哈尔滨150022） （Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China） 摘要： 无阀微泵经常被使用是为了直接控制微泵的流量，它避免了阀片的不稳定性引起的微泵失效。文章叙述了以聚合物PMMA为材料来制作微流体器件微泵，给出微流体制作工艺的几种方法并从中选出适合于PMMA微泵制作方法，然后进行无阀微泵制作与测试，并对用PMMA材料制作的微泵进行了流量和背压的测试，最后把所研制的无阀微泵与集成化自由流电泳芯片结合测试其功能效果。 Abstract： The valve-less micro pump is often used to directly control micro pump flow， and it avoids the micro pump failure caused by the instability of the valve. This paper described the method of making a microfluidic devices micro pump with polymer PMMA material， put forward some methods of microfluidic manufacturing process and chose the suitable PMMA micro pump manufacturing method， then conducted the valve-less micro pump production and testing， and made flow rate and back pressure test of the micro pump produced with PMMA material， finally combined the developed valve-less micro pump and the integrated free-flow electrophoresis chip to test the its function effect. 关键词 ： 微泵；微流体工艺；PMMA Key words： micro pumps；microfluidic technology；PMMA 中图分类号：Q317 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0116-05 作者简介：蒋希赟（1987-），男，黑龙江哈尔滨人，硕士，研究方向为微电子科学与技术与电力电子技术及应用。 0 引言 PMMA微流控设备由于其是低成本、优良的光学透明度，同时具有很好的生物兼容性和简单的制造程序等性质而逐渐流行起来。如在细胞分离处理方面，DNA测序方面，以及生物分子检测等检测过程中，微流控检测设备是生物和生命科学的重要工具。在早期由于半导体行业发展带动半导体技术不断发展，微流控芯片制作都是以玻璃和硅为基底，主要是由于它们具有良好的导电性、透明度、节点性能以及耐腐蚀性能等性质。但是以玻璃和硅作为芯片材料其应用成本较高，同时玻璃易碎的性质都是其相对的缺点。聚合物PMMA已成为重要的材料适用于大规模利用制作无阀微泵，从工艺角度来讲聚合物表面电子工艺的不同将会导致电渗作用的很大变化，所以聚合物表面应适当的功能化可以改善不稳定的电渗作用，使其更适合用于微流控领域。适合与微流体芯片集成。基于上述原因本文将以PMMA为材料来进行无阀微泵制作，并把制作好的无阀微泵与集成化自由流电泳芯片结合提高芯片的对液体的分离性能与工作时间。 1 微流体器件的制作工艺及特性 制作微流控芯片有多种加工技术：直写方法、复制方法。直写方法：有紧密铣削、激光烧灼、光刻的方法。复制方法：稳定低损耗的工具、反向的复制结构。 本文采用把聚合物表面改性应用于制作微泵的方法，聚合物表面改性的方法：等离子体活化、溶胶-凝胶化学、紫外照射、化学气相淀积。此外，聚合微器件要求拥有制作廉价、耐用、高通量、易于处理的特点。PMMA结构通过热压的方法制作并与衬底键合，修饰PMMA表面用来增强基板和盖片的附着力，其中修饰方法：空气等离子体处理、酸催化水解、丙烯酸酯的氨解。与未处理的PMMA表面作对比。基板和盖片的附着强度随着PMMA表面的亲水性而增加，等离子处理后的PMMA可以达到650kN/m2。溶剂辅助系统也用于PMMA键合过程中的软化，表面软化小于50nm而不至于影响微泵整体性能。用纳米压