Matlab微流控芯片热键合工艺优化研究(2)

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2.1 工艺优化研究的前期准备 10

2.1.1 计算机辅助图形设计 10

2.1.2 加工设备 11

2.1.3 实验室制作方法的选用 12

3 键合工艺研究 15

3.1 单一变量法优化过程原理 15

3.2 键合封装 15

3.3 实验数据处理以及结果 17

3.3.1 运用图像处理软件以及 Matlab 分析处理微通道型变量 17

3.3.2 温度对键合封装的影响 18

3.3.3 时间对键合封装的影响 21

3.3.4 压强对键合封装的影响 23

4 键合强度测试 26

4.1 测试平台 26

4.3 小结 29

5 结论 30

附录 A 微通道混合器的密封性及抗压测试报告 34

附录 B 实验用微流控混合器工艺流程图 1

1 引言

1.1 微流控芯片简介

本文重点讨论的对象是微流控芯片的热键合封装工艺。微流控芯片(Microfluidics)是一个涉及流体力学、精密机械、微加工、生物学、医学和化学等多个领域的交叉性前沿科学技术。在环境、公共卫生、精细化工等各方面都具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。它将这些许许多多的复杂的反应以及操作，通通集中到一块微米尺度大小的芯片上进行。在生化分析和医疗诊断等方面，相比于传统的实验室操作，它体现出明显的技术优势，正发挥着越来越重要的作用。微流控技术也因此受到了各国科学工作者的重视，并在过去的几十年间取得了长足的发展。图 1.1 为一个微流控芯片的例子。

图 1.1 微流控芯片实体图

1.1.1 发展概况

1990 年由瑞士的 Manz 和 Wildmer 首先提出的“微全分析系统(Micro Total Analysis System, 即 μ TAS) 和媒体报道较多的 “ 生物芯片 (Biochips)” 或称 “ 微阵列芯片 ”（Microarray chips）的发展势头强劲[1]。在μTAS 分析系统中，微流控芯片系统（Microfluidic论文网

chip systems）被人们亲切地赋予了另外一个更加写实的名字：芯片上实验室[2（] Lab on a chip）。

这是一个仍旧在冉冉升起的新兴学科，它的发展前景以及未来将会给人们带来的利益，被各行各业的学者们普遍看好。时至 1991 年的美国，在研究院 Manz 的带领下，一干学者，第一次，在一个纳米级的微芯片上进行了电泳实验，该实验包括了混合液体的分离工艺，以及液体流动注射工艺的分析实验[3]。图 1.2 为微流控芯片电泳实物图。这次举措为以后若干年的微

流控芯片的爆炸性发展奠定了扎实的基础。之后到了 1994 年，美国橡树岭国家实验室里的研究人员在 ManZ 的研究基础上，进行了一系列的创新突破以及重大的改进，使得它的性能得到了巨大的提升[4]。同年，首届电子芯片实验室会议在荷兰盛大举行，各国的微流控芯片技术研究人员共聚一堂，探讨交流各自的经验。这次会议的出现加速推广了这门技术，使得全

世界人民都知道了微流控芯片这门新兴的技术科学。时光飞逝，到了 1995 年，在美国加州大学伯克利分校里任职的 Mathies 教授[5]，率领着一干学者，进行了基于微流控芯片上的相关实验并且在纳米级的微流控芯片上实现了 DNA 的高速测序技术[6]，也是在此时起，微流控芯片的相关商用价值以及经济效益才渐渐的在人们的视野中显现。同年 9 月，Caliper Technologies 企业在美国成立，并且于 10 月在华尔街上市。首家有关微流控芯片技术工艺的公司的上市，