微流控芯片（Microfluidics）又稱芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab on a chip）是通過微細(xì)加工技術(shù)加工微納尺度通道網(wǎng)絡(luò)，將生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊幾個(gè)平分厘米的芯片上，以可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)，用以替代常規(guī)化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種技術(shù)平臺(tái)。微結(jié)構(gòu)是微流控芯片的核心部分，微結(jié)構(gòu)的制備按照所用芯片材料的不同，常用的軟質(zhì)PDMS芯片、硬質(zhì)PMMA等塑料芯片、無機(jī)玻璃芯片等，不同材質(zhì)芯片微結(jié)構(gòu)的制備解決方案不同。

1. 軟質(zhì)PDMS塑料芯片

PDMS,又稱硅橡膠，是眾多聚合物中用得較多的一種。能透過250nm以上的紫外與可見光；耐用、有一定的化學(xué)惰性；無毒、廉價(jià)；能可逆和重復(fù)變形而不發(fā)生永久性破壞；能用模塑法高保真地復(fù)制微流控芯片；芯片微通道表面可進(jìn)行多種改性修飾；它不僅能與自身可逆結(jié)合（或不可逆），還能與玻璃、硅、二氧化硅和氧化型多聚物可逆結(jié)合（或不可逆）。

PDMS芯片微結(jié)構(gòu)常用光刻法加工，加工工藝如下：

圖一：PDMS芯片微結(jié)構(gòu)制備工藝

PDMS芯片微結(jié)構(gòu)尺寸取決于其注塑模具，普通紫外光刻工藝加工的尺寸最細(xì)可到2um，由于PDMS芯片材質(zhì)的透氣性、透光性和生物相容性，常用于生命科學(xué)領(lǐng)域，比如用于細(xì)胞培養(yǎng)和研究，下圖是用于神經(jīng)細(xì)胞研究的常見PDMS微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖二：神經(jīng)細(xì)胞研究PDMS芯片

2. PC、PMMA等硬質(zhì)塑料芯片

用于微流控芯片制作的硬質(zhì)塑料芯片主要有三類：熱塑性聚合物、固化型聚合物和溶劑揮發(fā)型聚合物。

熱塑性聚合物有PMMA、PC和聚乙烯等；固化型聚合物有PDMS、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等，他們與固化劑混合后，經(jīng)過一段時(shí)間的固化變硬即可得到芯片。溶劑揮發(fā)型聚合物有丙烯酸、橡膠和氟塑料等，制作時(shí)將他們?nèi)苡谶m當(dāng)?shù)娜軇偻ㄟ^緩慢揮發(fā)溶劑而得到芯片。

常用PMMA等硬質(zhì)塑料芯片微結(jié)構(gòu)加工工藝有模具注塑法、模具熱壓法和CNC銑刻法。如下圖所示：

圖三：PMMA芯片加工工藝

PMMA硬質(zhì)塑料芯片微結(jié)構(gòu)尺寸取決于其注塑模具或者銑刀，PMMA等硬質(zhì)塑料芯片由于其優(yōu)良的光學(xué)、機(jī)械性能和生物相容性，常用于無機(jī)水溶劑微流處理的各種領(lǐng)域，比如微流混合芯片，如下圖：

圖四：用于微流混合的PMMA芯片

3. 硬質(zhì)無機(jī)芯片——硅芯片、石英玻璃芯片

硅具有良好的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性。單晶硅生產(chǎn)工藝和微細(xì)加工技術(shù)已趨成熟，在半導(dǎo)體和集成電路上得到廣泛應(yīng)用。在硅片上使用光刻和蝕刻方法高度精度地復(fù)制出二維圖形，即使是復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，也可以通過微加工技術(shù)獲得。由于硅材料有良好的光潔度和成熟的加工工藝，常用作制作高分子聚合物芯片時(shí)的模具。

硅材料的不足之處：易碎、價(jià)格偏高、不透光、電絕緣性差，表面化學(xué)行為也較為復(fù)雜，因此在微流控芯片中的應(yīng)用受到部分限制。

石英和玻璃有很好的電滲性質(zhì)和優(yōu)良的光學(xué)特性，它們的表面吸附和表面反應(yīng)能力都有利于對(duì)其表面改性，但是相對(duì)價(jià)格較高，尤其是石英 。采用和硅片類似的光刻和蝕刻技術(shù)可以將微結(jié)構(gòu)刻在石英和玻璃上，因此，石英和玻璃材料已廣泛應(yīng)用于制作微流控芯片。

玻璃硬質(zhì)無機(jī)芯片的加工工藝如下圖：

圖五：玻璃芯片加工工藝示意圖

硬質(zhì)無機(jī)芯片由于其優(yōu)良的光學(xué)性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，除了可用于生命科學(xué)領(lǐng)域之外，也可用于化學(xué)分析應(yīng)用。如下圖，是用于電泳分析的常用芯片結(jié)構(gòu)：

圖六：玻璃電泳芯片

4. 其他微結(jié)構(gòu)芯片解決方案

除了前面所述的常規(guī)微結(jié)構(gòu)芯片加工工藝之外，汶顥股份同時(shí)提供高難度微流控芯片設(shè)計(jì)、加工、量產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)輸出與解決方案。

①汶顥股份提供所有基質(zhì)微流控芯片設(shè)計(jì)與加工

微孔陣列PDMS芯片：孔徑最小可以到2-5um，陣列數(shù)量可以達(dá)到千萬級(jí)；微孔陣列PDMS芯片可用于生化分析中的微量試劑的點(diǎn)樣，也可以作為微孔過濾材料等，兼具有微孔和微流控芯片強(qiáng)大處理等優(yōu)點(diǎn)。

多層微流控芯片：PDMS、PMMA、PC和玻璃等各種材質(zhì)的芯片均可以自由組合，組成單一材質(zhì)或者多材質(zhì)的多層芯片，適應(yīng)生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、分析化學(xué)等多個(gè)學(xué)科各種需要。

汶顥股份微流控芯片

②汶顥股份提供部分材質(zhì)微流控芯片批量加工

干膜光刻加工工藝：使用干膜法進(jìn)行芯片模具加工，以替代以往光刻膠旋涂工藝，在不改變加工精度和質(zhì)量的前提下，大大提高了批量化生產(chǎn)的效率；干膜作為保護(hù)層也是一種低成本高效的批量加工工藝。

③汶顥股份提供微流控芯片模具加工，如：金屬模具、硅片注塑模具、純硅模具、SU-8硅片模具等等。

低成本模具加工工藝：用硬質(zhì)塑料和金屬板加工成注塑模具，進(jìn)行大批量芯片的加工生產(chǎn)，成本低廉、生產(chǎn)效率高，同時(shí)批間差非常小。