PL B1. POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL BUP 11/09

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01N 31/20 ( ) G01N 31/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób wykonywania struktur mikroprzepływowych (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WARSZAWSKA, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/11 (72) Twórca(y) wynalazku: ARTUR DYBKO, Warszawa, PL MICHAŁ CHUDY, Żyrardów, PL MARCIN JUCHNIEWICZ, Warszawa, PL ZBIGNIEW BRZÓZKA, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Joanna Bocheńska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywania struktur mikroprzepływowych w bloku polimeru, mogących znaleźć zastosowanie szczególnie w mikroanalityce chemicznej. Mikrokanały w strukturach polimerowych wykonuje się najczęściej dwiema metodami. Jedna z nich polega na wylaniu polimeru na matrycę, której kształt odwzorowuje się na powierzchni polimeru tworząc mikrokanały. Druga metoda polega na odciskaniu na gorąco kształtu matrycy w polimerze. W obu przypadkach otrzymywane są polimerowe płytki z mikrorowkami. Aby z tych mikrorowków otrzymać mikrokanały należy je uszczelnić drugą płaską płytką. Bardzo ważny jest dobór metody łączenia płytek, gdyż łączenie to musi być szczelne, mikrokanały muszą pozostać drożne a ich kształt nie może ulec deformacji. Jednocześnie istniejące technologie wytwarzania struktur mikroprzepływowych posiadają bardzo ograniczone zastosowania lub wymagają konieczności użycia drogiej aparatury lub proces ich wytwarzania cechuje wysoki stopień komplikacji. Sposób według wynalazku polega na tym, że film kapilarny składający się z folii pełniącej funkcję nośnika i warstwy emulsji światłoczułej naświetla się światłem UV poprzez maskę odzwierciedlającą pożądany, końcowy kształt mikrokanałów. Następnie film wywołuje się. Emulsja światłoczuła pozostaje na nośniku w miejscach naświetlonych. Powstaje wypukły wzór z emulsji światłoczułej odzwierciedlający wzór z maski użytej do naświetlania. Naświetlony film kapilarny umieszcza się na powierzchni polimeru tak, aby folia znajdowała się na górze, po czym folia pełniąca funkcję nośnika jest usuwana. Następnie emulsja pokrywana jest następną warstwą polimeru, korzystnie tego samego co poprzednio. Wzór wykonany z emulsji zostaje zamknięty wewnątrz bloku polimeru a następnie emulsję wypłukuje się. Otwory wlotowe i wylotowe wykonuje się w znany sposób, korzystnie przez nawiercenie. Otrzymuje się monolityczną strukturę mikroprzepływową. Sposób według wynalazku pozwala na wyeliminowanie z procedury wytwarzania struktur mikroprzepływowych etapu łączenia płytek a co za tym idzie eliminuje wszystkie związane z tym niedogodności. Sposób według wynalazku został zilustrowany na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia sposób według wynalazku w ujęciu schematycznym, Fig. 2 przedstawia widok perspektywiczny otrzymanej struktury, Fig. 3 widok z góry otrzymanej struktury a Fig. 4 jej przekrój podłużny. Wykonanie mikroukładu rozpoczyna się od przygotowania matrycy z filmu kapilarnego. Użyty film kapilarny składał się z dwóch warstw: - warstwy emulsji światłoczułej; - warstwy folii pełniącej rolę nośnika. Z arkusza filmu kapilarnego (Chromaline ProCap 50) wycięto kółko o średnicy 5 cm. Na przyciętym filmie kapilarnym umieszczono maskę do fotolitografii ze wzorem odpowiadającym kształtowi przyszłego kanału. Następnie film kapilarny naświetlono lampą DYMAX 5000 FLOOD. Odległość filmu od lampy wynosiła 30 cm, naświetlanie trwało 90 sekund. Naświetlony film wywołano. Proces wywoływania obejmował kolejno: - odmywanie w strumieniu wody przez 20 sekund; - suszenie w strumieniu powietrza lub azotu przez 30 sekund; - suszenie na powietrzu przez 7 minut; - odmywanie w strumieniu wody przez 15 sekund; - suszenie w strumieniu powietrza lub azotu przez 30 sekund; - suszenie na płycie grzejnej przez 10 minut w temperaturze 80 C. Do wykonania mikroukładu użyto polidimetylosiloksanu (PDMS) o nazwie handlowej Sylgard 184 z firmy DowCorning. Bazę polimerową wymieszano z czynnikiem sieciującym w stosunku wagowym 10:1 otrzymując prepolimer PDMS. Odgazowany w eksykatorze próżniowym prepolimer wlano do formy. Jako formy użyto plastikowego krystalizatora o średnicy 6 cm. Krystalizator z prepolimerem umieszczono na płycie grzejnej o temperaturze 70 C na 15 minut. Prepolimer uległ częściowemu sieciowaniu w takim stopniu, że jego powierzchnia pozostała lepka. Na tak przygotowany prepolimer nałożono wcześniej przygotowaną matrycę z filmu kapilarnego tak, aby emulsja światłoczuła stykała się z prepolimerem. Następnie usunięto folię nośną filmu kapilarnego tak, że emulsja światłoczuła pozostawała przyklejona do prepolimeru. Do formy wlano kolejną porcję polimeru pokrywając całkowicie warstwę emulsji światłoczułej. Formę umieszczono w piecu w temperaturze 70 C na 1 godzinę. Całkowicie usieciowaną strukturę wyjęto z formy i zamrożono w ciekłym azocie. W zamrożonym polimerze

3 PL B1 3 wywiercono otwory pełniące rolę wlotów i wylotów dla roztworów. Ostatnim etapem wykonania mikroukładu było wypłukanie emulsji światłoczułej z mikrokanału. W tym celu przez mikroukład przez 5 minut pompowano roztwór odwarstwiacza (STRIP LA SUD 15 Sericol), a następnie mikrokanał wypłukano wodą destylowaną. Po zamontowaniu wężyków doprowadzających odczynniki struktura mikroprzepływowa była gotowa do użycia. Zastrzeżenie patentowe Sposób wykonywania struktur mikroprzepływowych w polimerach, znamienny tym, że film kapilarny składający się z folii pełniącej funkcję nośnika i warstwy emulsji światłoczułej naświetla się światłem UV poprzez maskę odzwierciedlającą pożądany, końcowy kształt mikrokanałów, następnie film wywołuje się a powstały wypukły wzór z emulsji światłoczułej odzwierciedlający wzór z maski użytej do naświetlania umieszcza się na powierzchni polimeru tak, aby folia znajdowała się na górze, po czym folię pełniącą funkcję nośnika usuwa się a emulsja pokrywana jest następną warstwą polimeru, korzystnie tego samego co poprzednio, po czym emulsję usuwa się a otwory wlotowe i wylotowe wykonuje się w znany sposób, korzystnie przez nawiercenie.

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)