微流控塑料芯片定制加工

1 热塑性材料

1.1 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

PMMA芯片材质PMMA是一种廉价的易于制造的聚合物，它是普通塑料材料中最不疏水的聚合物，并且易于改性。由于其低价格，刚性机械性能，优异的光学透明性和与电泳的兼容性，它对于一次性微流控塑料芯片特别有用。它也是制备可重复使用的微流控塑料芯片的理想材料。

优点：价格低廉，普通塑料材料中疏水性最小的聚合物，刚性机械性能，优异的光学透明性，与电泳的兼容性，易于制造和改性，可重复使用。

缺点：需要昂贵的设备来实现这种聚合物的复杂芯片（注塑，热压印）。

常见应用：生态微芯片（可重复使用），混合分析芯片，DNA测序仪，电泳芯片。

成型方法：二氧化碳-激光微加工，注塑，热压印，压缩成型和挤压成型。

粘接方法：热压粘接（常见），微波粘接，热熔粘接和胶粘接，通过等离子体处理提高粘接强度，使用特定的溶剂条件和牺牲材料（如：石蜡）可以防止通道塌陷。

玻璃化转变温度：85-165℃（不同等级）。

1.2 环烯烃共聚物（COC）

COC芯片材料，环烯烃共聚物（COC）是使用茂金属催化剂由乙烯和降冰的片烯组成的无定形热塑性共聚物。这种较新的材料具有广泛的应用，包括包装膜，镜片，药水瓶，显示器和医疗设备。存在几种基于不同类型的环状单体和聚合方法的商业化的环烯烃共聚物。使用单一类型单体的材料称之为环烯烃聚合物（COP）。

COC芯片具有良好的耐水解性，耐酸性试剂，碱性试剂以及大多数有机极性溶剂，如丙酮，甲醇和异丙醇。COC芯片材料对波长超过250nm的光具有高透明度并且具有低自发荧光。COC芯片对紫外光的透明度使其成为用于使用集成电路进行生物检测的芯片实验室系统的有效材料。由于COC芯片表面的疏水性，使得用其制造的芯片暴露于生物组织或液体时易于发生自发的非特异性蛋白质吸附和细胞粘附，这使得其不能成为用于涉及药物的研究的选择。为了减轻诸如蛋白质的分析物的吸附并减少细胞的粘附，有必要对COC表面进行化学修饰。

溶剂粘合也已成为密封COC芯片的重要方法。由于COC与高效液相色谱（HPLC）中使用的典型溶剂（如乙腈）兼容，因此基于COC的微流控系统对于芯片-HPLC应用具有吸引力。

优点：良好的耐水解性，耐酸碱性和大多数有机极性溶剂，对波长250nm以上的光具有高透明度，低自发荧光，低双折射，高阿贝数和高耐热性，低吸水性，高尺寸稳定性；

缺点：注塑成型，疏水表面处理以减轻分析物的吸附并降低细胞的粘附都需要昂贵的设备；

常见应用：包装薄膜，镜片，药水瓶，显示器，医疗器械；

潜在应用：设计用于使用集成电路进行生物检测的芯片实验室系统；

成型方法：单螺杆和双螺杆挤出，注塑，注射吹塑和拉伸吹塑（ISBM），压缩成型，挤出涂布，双轴取向，热成型等等；

粘合方法：溶剂粘合（芯片-HPLC应用），粘合剂和热熔粘合，通过等离子体处理提高粘合强度；

玻璃化转变温度：70-177℃（取决于聚合物含量）。

1.3 聚碳酸酯（PC）

PC芯片材料聚碳酸酯（PC）是生物医学研究和生物分析一系列微流控应用的耐用材料，包括DNA热循环应用，如聚合酶链式反应（PCR），因为它具有可见光透明度和玻璃化转变温度（145℃）。PC微结构还能够进行样品裂解，病原体检测，扩增子标记，核酸分离和酶促扩增。该聚合物还允许制造多层器件，这使得PC成为基于光刻和PDMS模塑的方案的有效替代。

但PC芯片的制造意味着热压印技术，后续的热键合也需要后续的退火。这种粘合方法不是高质量的粘合，并且必须在高温下对该聚合物进行，这可能会损坏通道的几何形状。

优点：耐用的材料，可见光区域的透明，非常高的玻璃化转变温度（~145摄氏度），低成本，高抗冲击性，低吸湿性，良好的加工性能；

缺点：对某些有机溶剂的耐受性差，吸收紫外光，粘接质量和强度（热粘合）有限，由于粘合温度而改变通道的几何形状；

常见应用：DNA热循环，多层装置的制造，酶促扩增，核酸分离，扩增子标记，病原体检测，微流量注射安培法测定葡萄糖；

成型方法：注塑或者热压印，随后使用热粘合；

粘接方法：热粘合，通过等离子体处理提高粘接强度；

玻璃化转变温度：145-155℃。

 1.4 聚苯乙烯（PS）

聚苯乙烯（PS）是光学透明的，惰性的，生物相容的，刚性的，便宜的并且易于商业化的热塑性材料，这使其成为细胞培养中常用的材料。其表面易于进行处理（可采用各种物理和化学方法，包括辐照，电晕放电或气体等离子体），使其疏水表面更具亲水性。然而，需使用昂贵的设备来加工制造这种聚合物的复杂芯片（注塑，热压）是在芯片原型研发中的主要缺点，因为PS更适合于大规模制造工艺。

PS的多层粘合可以在短时间（几分钟）内完成，因为它可以快速成型和粘合。

优点：光学透明，生物相容，惰性，其表面易于处理，适应大规模制造工艺，商业可用性高，价格便宜，可快速粘接；

缺点：用这种聚合物制作复杂芯片所需的昂贵设备，在热粘合步骤中遇到的困难：当宽度与高度比太高时，更多通道坍塌；

常见应用：细胞培养研究；

潜在应用：在微流控芯片（器官芯片）上进行细胞培养，使用等离子体处理或掩蔽层，或在细胞接种前用细胞外基质蛋白预先涂覆微通道，以使细胞粘附和生长，同时还防止气泡形成）；

成型方法：注塑成型，热压印；

粘接方法：热粘合，通过等离子体处理提高粘接强度；

玻璃化转变温度：92-107℃。

2 加工方式

主要的加工方式有机加工、热压印、注塑。

机加工主要是用于样品的少量打样验证；

热压印适合小流道尺寸的芯片加工，但是流道深度不易过深；

注塑，模具相比昂贵，适合产品定型后的批量生产。

3 键合方式

微流控塑料芯片键合方式主要有热压键合、超声键合、激光键合。

顶旭微控

顶旭微控提供微流控塑料芯片定制加工，可加工的材料有COC芯片，亚克力芯片（PMMA芯片），PC芯片以及其他类聚合物塑料芯片，采用CNC直接雕刻的方式，最小尺寸0.1mm，精度±20um。顶旭微控，专业厂商，实体工厂，欢迎咨询。