微流控芯片的制造

微流控技术在基因测序、个性化医疗、药物发现、基因治疗、可穿戴设备和IVD检测等领驭中正在加速。微流控技术提供的解决方案，在若干领域的应用已经肉眼可见的激增。众多拥有微流体知识产权的初创公司正在迅速出现和业务大幅度增长。当然老牌医疗器械和制药领驭的巨头也在加快推出微流控芯片相关产品。

BIOFOUNT 您优质的微流控芯片制造选择

BIOFOUNT作为传统IVD制造企业，我们能理解生物领域微流控技术的应用，和快速高效地制造出微流体设计的产品，和协助我们的客户快递制造出微流控产品和进入下一次产品迭代。

微流控产品设计

我们多年在生物领域的经验，使BIOFOUNT获取了微流体产品开发和制造的重要经验和专业知识。如果您目前正在构思、改进或验证微流控技术的应用，我们邀请您与我们在模具、材料、化学、生物、膜分离及材料表面处理领域的专家进行沟通和讨论。或许在我们这里您能获取一些专业的建议。

如何设计和制造微流控芯片？

微流控芯片是否可以制造，对于一个新的微流控芯片产品来说非常重要。BIOFOUNT的工程师已经协助我们的客户多次解决微流控芯片的制造问题。我们可以从项目开始，即可判断客户的微流控芯片产品是否完全具备生产条件，或者应该做那些更改，当然我们也会提前判断出潜在的风险。

微流控是一种广泛应用技术。微流控中的微通道的主要功能是将液体引入微流控装置中。液体可以是PBS、水或油的介质。也可以是其他液体样本，如：血液、汗液、唾液、尿液、精液或污水等。微流控装置中的液体可能会携带的微粒有如：细胞、类器官、水凝胶珠或磁珠等。这些液体也可能含有化合物或试剂，如：药物、染料、酶或营养物质。当然也可以是用于化学合成的试剂，例如：单体，或用于提取的试剂，如：有机溶剂等。

在大多数情况下，微流控的流道可以作为反映室、分离通道、成像室，也可以作为排出通道等作用。

不管在微流控流道中的具体应用是什么，总有一些设计来限制和控制它，BIOFOUNT耗材公司可以准确评估您设计微流控芯片产品的可制造性和需要配备的生物属性。

常见微流控制造技术：

※ 微流控芯片入口和流道需要适当的与彼此保持距离或与微流控芯片边缘保持距离，避免泄漏发生。

※ 避免脱模问题出现，微流体芯片模具不应过度使用。

※ 为了微流控芯片便于切割、划片和防止翘曲，布局尽可能保持为矩形。

※ 避免微流控芯片的圆形横截面，流道横截面最好是正方形。

※ 避免微流控芯片过宽的流道（小纵横比）或流道过窄（大纵横比）。

※ 微流控芯片流道的深度尽可能保持恒定。如必须改变深度，尽可能循序渐进。较少的步骤对应于较低的制造成本。

※ 避免微流控芯片出现负拔模斜度。

※ 避免过度使用微流控功能。

为避免由于设计问题在微流体中产生不必要的压力，我们对微流控芯片流道设计做了一些总结

微流控芯片中较长的流道设计也会相应产生较高的压力。如果10mm长的流道微流控装置入口处压力为1bar的话，把流道长度增加到20mm，则压力约为2bar。当然较小的横截面也会造成微流控装置的压力较高。这意味着，在相同的流速和相同长度流道情况下，100umx100um横截面流道中产生的压力远高于200umx200um通道。BIOFOUNT可协助您估算不同流体粘度、流速和通道几何形状条件下的压力。为了减微流道产生的压力微流控的设计人员往往会选择过长的流道长度。例如：如您需要的微流道截面积是10平方毫米，实际25毫米的流道就可以完成大部分微流控芯片所需的功能。按照该比例，芯片中的压力可以降低到大约1/4。如果某些产品需要的流道过窄，可以选择双层芯片。

微流体材料

1. PDMS微流控芯片：

聚二甲基硅氧烷又：PDM,是大多数微流控芯片项目的首选材料。PDMS也是许多应用中最合适的微流控芯片材料。大多数微流控芯片项目第一选择是使用PDMS进行产品测试，主要是因为其快速的制作周期和适用性广泛。如果制作PDMS微流控芯片所需的设备和技术都满足的情况下，全新设计的PDMS基芯片在几天内便可制造生产出来，有时一天也够了。此外，PDMS芯片的迭代成本合理，然而，PDMS芯片可能不是量产（+200000/年）项目的首选材料。主要是因为它的固化时间太长，一小时起步。相比之下，注塑成型的热塑性微流控芯片可以在几秒钟内出模，使注射成型工艺更适合于微流控芯片的大规模生产。

既然PDMS效率这么低，那么为什么PDMS成为某些微流控芯片的首选材料呢？原因有几个：首先是PDMS材料具有分辨率高和透光性好的特征。未固化PDMS是一种低粘度的预聚物，适合纳米级模具使用。这意味着使用PDMS可以制造亚微米微流控芯片产品。如果微流控芯片必须使用小于10um的流道来实现微流控功能的话，那么PDMS基的微流控芯片就是最佳选择。使用任何其他材料都很难实现10um级的芯片生产。PDMS微流控芯片还具有另一个有趣的特性，称为：高保真度。例如，如果一个芯片需要有10um的特征，且需要在接合处非常锋利，那么PDMS微流控芯片既可以提供锋利度，又可以满足精度。所以在PDMS中，20umx20um的正方形在外壳后看起来很像正方形，而在注塑芯片中，20um x20um的大多是圆形。

PDMS微流控芯片还具有其他材料无法比拟的优势。PDMS是一种弹性体材料，该属性意味着其力学性质类似组织，这使得PDMS对组织芯片、上器官芯片、人体芯片、类器官芯片的制造、细胞培养芯片等具有特殊的优势。PDMS具有接近零的自动荧光，这意味着如果微流体应用需要荧光成像非常适合选PDMS，如：细胞分选或染色。最后，PDMS微流控芯片可以在不需要胶水或加热的情况下与PDMS或者其他材料进行键合。热粘合或激光粘合是微流控芯片的首选的键合方式，但可能会扭曲流道的几何形状。

2. 硅基微流控芯片

如果您要求微流控芯片的分辨率、保真度或者高纵横比，那么PDMS替代品唯一可以备替代的材料是硅。硅片（与太阳能电池板中使用的材料类似）可以使用一种名为深度反应离子蚀刻（DRIE）的工艺成形为非常精细和高纵横比流道。DRIE工艺制造的微流控芯片经过切割、钻孔并可粘合到密封层上。当然键合硅片非常具有挑战性，而且硅材料是不透明的。但硅片在需要导电性或导热性的方面有绝佳的优势。

3.玻璃基微流控芯片

玻璃微流体芯片也很有意思。玻璃微流控芯片配件通常是采用湿法蚀刻的工艺制成。该工艺适用于较大尺寸的流道。造流道入口需要钻孔，这使得玻璃芯片并不适合批量生产。此外，玻璃微流控芯片需要高压和高温才能完成密封。在微流控芯片制造过程中，玻璃相对于其他材料的主要优势是：化学兼容性非常棒。PDMS或聚酯等材料与大多数有机溶剂或酸/碱液体互溶或者溶出非常高。此外，玻璃芯片的使用温度可超过200摄氏度。大多数聚酯类材料在120摄氏度既会软化，但PDMS微流控芯片在200摄氏度以下比较稳定。