一种适用于热塑性聚合物材料微流控芯片的激光键合方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片加工领域，特别涉及一种适用于热塑性聚合物材料微流控芯片的激光键合技术。

背景技术

近年来，微流控技术的应用越来越广泛，其具有制作成本低、携带方便、检测试剂量少、检测速度快等优点。以热塑性聚合物材料为基材的微流控芯片制作工艺简单、设备要求低、具有生物相容性、可大批量生产，因此热塑性聚合物材料是微流控芯片中最常用的基材之一，键合过程是以热塑性聚合物为基材的微流控芯片制备中的重要步骤，通过键合实现芯片内部流体通道的封闭。

激光焊接技术是指激光聚焦在两个待加工固体接触面上，激光产生的热量通过热传导向内部扩散，使得固体熔化，形成特定的液池，然后液池中融化的材料填充在待连接部件之间的原始接缝间冷却固化后实现键合。传统激光焊接激光能量在固体交界面的吸收有两种形式，一种是激光束穿透上部样品并在下部样品表面被吸收，另一种是在两个样品接触面涂上光吸收层。现有的微流控芯片键合方法有热压键合、紫外线辅助键合和双面胶粘剂键合等，但是这些键合方法具有强度不高、通道被粘结剂污染、通道物理结构易被破坏等缺点。

发明内容

本发明要解决的问题是通过注塑或挤出制备可吸收一定波长激光的热塑性聚合物基底板材，之后利用对应波长的激光将制备的基底板材与另外一层热塑性聚合物盖板键合在一起形成封闭的微流控芯片。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种适用于热塑性聚合物材料微流控芯片的激光键合技术，包括以下步骤：

步骤一、在热塑性聚合物原料(粒料)中加入对应激光波长的光学吸收剂，通过注塑或挤出方法制备对一定波长具有吸收性的热塑性聚合物板材，作为基板；

步骤二、以对特定激光波长具有通过性的热塑性聚合物板材作为盖板；

步骤三、在基板或盖板表面加工流体流动的微通道和接口；

步骤四、将盖板与基板重合对齐，并用夹具固定，利用对应波长激光扫描基板与盖板的交界面，激光产生的热量使基板表面融化，融化的材料填充在基板与盖板之间的缝隙，冷却固化后实现基板与盖板的键合，形成流体通道封闭的微流控芯片。

优选地，步骤一中所述光学吸收剂的添加量为0.1％-5％，注塑或者挤出板材的厚度为0.5mm-5mm。

优选地，步骤二中所述盖板可以是与基板相同或不同种类的热塑性聚合物板材。

优选地，步骤三中所述微通道和接口可以通过激光刻蚀法、热压印法、模塑法、注塑法加工。

优选地，步骤四中所述的激光波长为400-1000nm，激光扫描功率为1-3W，扫描速度为5-50mm/s。

采用上述方案产生的有益效果是：

1、本发明中的微流控芯片键合强度高，成本低，制作工艺简单，键合速度快，适用范围广，可大批量生产。

2、本发明中的微流控芯片的基板和盖板可以是相同或不同材料，而传统键合方法往往要求微流控芯片的基板和盖板使用同种材料，此技术方法克服了这一困难，可实现微流控芯片的“杂化(hybrid)”键合。

附图说明

图1是实施例中激光键合原理图；

附图标记：1、激光器；2、激光；3、接口；4、微通道；5、盖板；6基板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，微流控芯片的制作步骤如下：

步骤一、在热塑性聚合物原料(粒料等)中加入对应激光波长的光学吸收剂，通过注塑或挤出方法制备对一定波长具有吸收性的热塑性聚合物板材，作为基板。具体地，在2kg的PMMA粒料中加入0.6％的光吸收剂，注塑成型制备对一定波长具有吸收性的热塑性聚合物板材，作为微流控芯片的基板。

步骤二、以对特定激光波长具有通过性的热塑性聚合物板材作为盖板。

步骤三、在基板或盖板表面加工流体流动的微通道和接口。具体地，用 CO

步骤四、将盖板与基板重合对齐，并用夹具固定，利用对应波长激光扫描基板与盖板的交界面，激光产生的热量使基板表面融化，融化的材料填充在基板与盖板之间的缝隙，冷却固化后实现基板与盖板的键合，形成流体通道封闭的微流控芯片。具体地，将用夹具夹紧且对齐的基板和盖板用波长为445nm的二极管激光进行激光焊接键合，激光功率为2.6W，速度为28mm/s，形成流道封闭的微流控芯片。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。