专利名称：一种磁性微结构的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种磁性微结构(如微柱、微线条、微环、微线圈等)的制 作方法，属于微细加工技术领域。
背景技术：
免疫磁珠技术是20世纪70年代兴起的一类新型材料。磁珠即为球内 包有磁性氧化铁的微球，在磁性微球外包被单克隆抗体，可与含有相应抗原 的靶物质特异性地结合形成新的复合物。该复合物在磁场中具有与其它组分 不同的磁响应性，在磁力作用下，该复合物发生力学移动，从而达到分离抗 原的目的。这种与其它组分相分离的过程称为免疫磁性分离法 (Immuno-Magnetic Separation)。当磁珠的尺寸达到纳米量级的时候，纳米磁珠的小尺寸效应将导致其出 现不同于宏观磁性材料的特殊磁学性质。在纳米尺度下，当磁性颗粒的尺寸 减小到临界尺度时，磁畴在常温下也可能重新排列，其矫磁力变为零，此时 材料会转变为顺磁性，甚至处于超顺磁状态，这在磁珠的分离中起着重要的 作用。当外加磁场时，磁珠会被磁化并吸附在磁极上，而撤去外加磁场时， 磁珠的磁性消失，磁珠重新分散在溶液中，而不是聚集在一起。由于纳米磁 珠对外磁场具有良好的响应性，因此可以通过外磁场作用，利用纳米磁珠进 行生物样品的分离和定位等操作，从而实现生物传感器系统的集成化和自动 化。MEMS器件以其体积小、重量轻、功耗低、速度快、灵敏度高等优点在 机械、通信、生物医学等工程领域得到越来越广泛的应用。而随着微平面电
磁制作、免疫磁珠技术的不断发展，电磁MEMS技术在生物医学工程中也 逐渐得到了越来越广泛的应用，突出表现在以磁致驱动和以磁珠表面免疫反 应为基础的蛋白或DNA的分离检测、药物传输等。尽管电磁MEMS (微机械电子系统)和生物医学工程兼容性较好，但是 在应用中也存在一些问题，主要是因通电电流带来的热效应可能对生物样品 的破坏。如生物应用中的大部分酶需要工作在37°C，超过60'C就会失活， 这对电磁BioMEMS (生物微机械电子系统)器件提出了控温要求。 一方面， 为减少驱动及检测部分电磁器件的载流热效应，而不损失磁性能，必须增大 导线截面积以通过更大电流。而由于系统几何尺寸的要求，导线线宽并不能 无限增大，这就使得制作小线宽厚导线成为必要，相应在工艺上，电镀工艺 制作超厚小线条金属导线成为首选，电阻小，允许电流大；另一方面，选择 绝缘层、微流路、以及反应微腔等的材料时，应选用散热性能好的，如有必 要，采用适当的外置散热部件。现已有的研究提出在流体芯片内，利用电镀或是电沉积的方法，制作一 些磁性微结构，通过外磁场极化，在芯片内部产生局部高梯度磁场来捕获磁 珠，尽管这种方法可以避免平面电线圈渐生的热效应，但它依旧需要采用电 镀工艺，流程复杂，而且制作的磁性微结构的高度受电镀工艺限制，且一般 都只能在50Wn以下，限制了磁性微结构在微流控芯片中的进一步应用和发 展。发明内容本发明目的是提供一种磁性微结构的快速利记博彩app。所提供的利记博彩app 是一种无需电镀工艺，而在微流控芯片内制作磁性微结构的方法。具体地说 是通过在多层模具中预填充进磁性粉末，然后采用聚合物芯片铸模成型工 艺，形成具有超顺磁性和高深宽比的微结构。在所述的工艺中，采用SU-8 制作多层模具，在聚合物芯片铸模成型的同时完成磁性微结构的制作，该芯 片可用作免疫磁性微球的在微流控芯片内的磁性分离。
本发明所述芯片的制作步骤是在硅片上，利用MEMS(微机械电子系统) 技术制作出多层SU-8微结构的模具，然后在SU-8模具内填充磁性粉末，在 聚合物(如聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane， PDMS))铸模成型时， 使磁性粉末转移并浇注在聚合物芯片的微结构内，从而在微流控芯片上，无 需电镀工艺，形成磁性微结构。具体的说，本发明提供了一种基于SU-8光刻胶(本发明所使用之SU-8 为Microchem公司的SU-8系列产品，以下皆同)，制作多层模具，然后在制 作的模具中充填Fe304磁性粉末，将PDMS与玻璃基片材料贴合、经键合后 制作成内含磁性微结构的微流控芯片，微结构的高度和结构复杂程度，可以 通过增加SU-8的层数来实现，具体特征如下1)多层模具的制作用标准RCA清洗工艺清洗硅片，在硅片表面甩涂多层SU-8光刻胶，前 烘，光刻，后烘显影得到多层SU-8模具，具体制作过程包括以下几个步骤:(a) 通过标准RCA清洗工艺，清洗硅片，烘干；(b) 硅片正面甩涂第一层SU-8光刻胶；(c) 曝光，将第一块掩膜版上的微管道图形转移到光刻胶上；(d) 将曝光好的基片进行曝光后烘，使得被曝光的部分交联，冷却至室温；(e) 在第一层SU-8表面再甩涂一层SU-8光刻胶(f) 第二次曝光，将第二块掩膜板上的微柱图形转移到第二层SU-8光 刻胶上；(g) 进行曝光后的烘焙，使第二层SU-8曝光的部分交联，冷却至室温;(h) 重复步骤(e)-(g)，直至所有SU-8结构制作完成，具体层数可根据 制作的结构和高度要求设定；(i) 对多层SU-8结构同时显影，冲洗干净，氮气吹干； 这样即完成在硅片上制作多层SU-8模具的目的。2)磁性微结构的制作本发明通过在多层模具中直接填充磁性粉末，在PDMS芯片铸模成型的 同时，在芯片内部形成磁性微柱结构。利用此方法，可以省却电镀工艺，在 微流体芯片内快速地制作磁性微结构，具体过程包括以下步骤(a) 将磁性粉末填充到多层模具的凹槽中；(b) 将PDMS前聚体和固化剂的混合物倒入模具中固化；(c) 把从模具上揭下的PDMS芯片和玻璃基片贴合，完成芯片的键合。 本发明具有以下优点和效果① 集成式的磁性结构制作成本低；② 磁性结构制作过程简单快捷，不需要采用电镀工艺，与一般聚合物 微流控芯片的铸模工艺一致，降低了对设备的要求和依赖；③ 本发明通过在多层模具中填充磁性粉末的方法，可以制作高度在几 微米至几百微米的磁性微结构，避免了电镀工艺对高度的限制。④ 本发明所述的磁性微结构为微柱、微线条、微环或微线圈中任一种。
图1为第一层SU-8图形的掩模板，在模具上做出微流道结构；图2为第二层SU-8图形的掩模板，在模具上做出微柱结构所对应的凹图3是本发明实施例1提供的含磁性微柱的微流控芯片的制作工艺流 程。具体包括下述9个工艺步骤(a)—RCA清洗工艺清洗烘干后基片 (b卜基片正面甩涂第一层SU-8， SU-8 2050(C)"前烘后曝光转移微管道图形，(d卜在第一层SU-8上甩涂第二层SU-8， SU-8 2100(e) "前烘后曝光转移微结构图形(f) "SU-8后烘后显影，得到多层SU-8模具(g卜在多层SU-8模具中填充Fe304粉末 (h)""PDMS浇注，固化成型(i卜从模具上剥离PDMS芯片，打洞后和玻璃基片贴合，完成芯片制作 图4为本发明提供的以SU-8多层模具，Fe304粉末和PDMS为材料制 作的含有磁性微结构的微流控芯片用于磁珠分离的原理图 图5为实施例1所制作微流体芯片的应用实验结果 图6为与实施例1相同的工艺制作的细胞筛选芯片示意图 图中l一磁性微柱芯片第一层SU-8掩模板2— 磁性微柱芯片第二层SU-8掩模板3— 硅片4一第一层SU-8光刻胶 5 —第二层SU-8光刻胶6— Fe304粉末7— PDMS8 —玻璃基片 9一磁铁IO—细胞筛选芯片具体实施方式
实施例1:下面结合附图3阐述以在PDMS芯片内制作高度为100to的磁性微柱 阵列为例，详述该方法制作微流控芯片的具体工艺流程。该芯片可用于样品 富集、DNA提纯、蛋白质捕获，在线酶反应等，具体工艺过程如图3所示， 包括以下九个步骤(a)采用标准RCA清洗工艺，即分别用Piranha洗液(H2S04:H202)、 RCAl (NH3'H20:H202:H20)、 RCA2 (浓盐酸:11202:1120)严格清洗硅片3
表面，氮气吹干后，在烘箱或者热板上进一步严格烘干[图3 (a)];(b) 在硅片正面甩涂一层SU-8 2050光刻胶(MicroChem公司提供)4， 前烘固化处理[图3 (b)];(c) 在光刻机中将第一块掩膜板1与基片对准，紫外线曝光，将掩膜 板上微流体芯片的微管道图形转移到第一层SU-8光刻胶上，进行曝光后的 烘焙，SU-8进一步固化，并使被曝光的部分交联，冷却至室温[图3 (c)];(d) 在第一层SU-8表面再甩涂一层MicroChem公司提供的SU-8 2100 光刻胶5，前烘固化处理[图3 (d)];(e) 在光刻机中将第二块掩膜板2与基片对准，紫外线曝光，将掩膜 板上的微柱图形转移到第二层SU-8光刻胶上，进行曝光后的烘焙，第二层 SU-8光刻胶固化，曝光的部分交联，冷却至室温[图3 (e)];(f) 用SU-8显影液(MicroChem公司提供)对两层SU-8结构同时显 影，异丙醇冲洗，去离子水冲洗，氮气吹干[图3 (f)];(g) 将Fe304粉末6倒入SU-8双层模具的凹槽中，用软刷刷去模具表 面多余的Fe304粉末闺3 (g)];(h) 将PDMS前聚体和固化剂按10:1的比例混合后抽气至无汽泡，然 后将此混合物7倒入已填充磁性粉末的模具中，放入65。C烘箱中，烘焙1 小时[图3 (h)];(0将固化后的PDMS从模具上揭下来，打孔后和玻璃基片8贴合， 然后转移到80'C烘箱中放置15min完成键合的[图3 (i)]。 本实施例的应用磁珠经过活化后，将目标样品的相应配体(探针、抗原、抗体等)固定 在磁珠表面。用微量注射泵将磁珠溶液注入微管道中。在芯片一侧放置磁铁。 将样品溶液通入微管道中。反应一定时间后，目标生物样品被磁性微柱周围 的磁珠捕获，导入清洗洗液冲洗走杂质等。图5是捕获溶液中FITC标记的 鼠抗人IgG蛋白的实验结果(磁珠表面固定羊抗鼠IgG)。
实施例2:有磁性微线条结构的细胞筛选芯片(图6),基本加工工艺同实施例1中的磁性微柱阵列芯片。本实施例应用在目标细胞上标记磁珠，将样品溶液通入微管道中，在芯片一侧放置磁 铁，等标记有磁珠的细胞基本吸附在微线条周围后，然后撤去磁场，持续通 入溶液，标记有磁珠的细胞和未标记磁珠的细胞会分别从不通的出口流出， 完成细胞筛选。
权利要求
1、一种磁性微结构的利记博彩app，其特征在于通过在多层模具中预填充进磁性粉末，然后采用聚合物芯片铸模成型工艺，形成具有超顺磁性和高深宽比的磁性微结构；在所述的工艺中，采用SU-8制作多层模具，在聚合物芯片铸模成型的同时完成磁性微结构的制作。
2、 按权利要求1所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于利记博彩app 包括(A) 多层模具的制作(a) 通过标准RCA清洗工艺，清洗硅片，烘干；(b) 硅片正面甩涂第一层SU-8光刻胶；(c) 曝光，将第一块掩膜版上的微管道图形转移到光刻胶上；(d) 将曝光好的基片进行曝光后烘，使得被曝光的部分交联，冷却至室温；(e) 在第一层SU-8表面再甩涂一层SU-8光刻胶；(f) 第二次曝光，将第二块掩膜板上的微柱图形转移到第二层SU-8光 刻胶上；(g) 进行曝光后的烘焙，使第二层SU-8曝光的部分交联，冷却至室温；(h) 重复步骤(e)-(g)，直至所有SU-8结构制作完成；(i) 对多层SU-8结构同时显影，冲洗干净，氮气吹干；(B) 磁性微结构的制作(a) 将磁性粉末填充到多层模具的凹槽中；(b) 将聚二甲基硅氧烷前聚体和固化剂的混合物倒入模具中固化；(c) 把从模具上揭下的聚二甲基硅氧烷芯片和玻璃基片贴合，完成芯 片的键合。
3、 按权利要求2所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于所述的SU-8 光刻胶是由MicroChem公司提供的系列产品。
4、 按权利要求1或2所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于所述 的磁性微结构为微柱、微线条、微环或微线圈。
5、 按权利要求1或2所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于所述 的磁性微结构的高度在九微米至几百微米；复杂程度和高度通过增加SU-8 的层数实现的。
6、 按权利要求2所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于所述的磁 性微结构制作(B)中(b)使用的前驱体与固化剂的重量比为10 : 1，固化 温度65。C，时间为1小时。
7、 按权利要求2所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于固化后从 模具上揭下的聚二甲基硅氧烷芯片是打孔后与玻璃基片帖合的。
8、 按权利要求2或7所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于聚二 甲基硅氧垸与玻璃基片贴合后转移到8(TC烘箱中放置15min完成键合。
9、 按权利要求1或2所述的磁性微结构的利记博彩app，其特征在于所制 作的磁性微结构芯片用于免疫磁性微球的磁性分离。
全文摘要
本发明涉及一种磁性微结构的利记博彩app，其特征在于包括多层模具的制作和磁性微结构制作两部分。前者包括用标准RCA清洗工艺清洗硅片，在硅片表面甩涂多层SU-8光刻胶，前烘，光刻，后烘显影得到多层SU-8模具；然后本发明通过在多层模具中直接填充磁性粉末，在PDMS芯片铸模成型的同时，在芯片内部形成磁性微柱结构。利用所提供的利记博彩app，可以省却电镀工艺，在微流体芯片内快速地制作磁性微结构。制作微结构高度在几微米至几百微米之间，由甩涂SU-8光刻胶层数决定，且所述的磁性微结构为微柱、微线条、微环或微线圈中任一种。
文档编号B81B1/00GK101108721SQ20071004210
公开日2008年1月23日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者封松林, 王聿佶, 程建功, 赵建龙, 金庆辉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所