熱鍵合技術常用于制備納米通道，但其需要高溫高壓的工藝條件，因此難以獲得大面積和尺寸可控的納米通道。本文提出一種利用熱鍵合技術制作尺寸可控的SU-8膠納米通道的方法，該方法利用UV膠帶在紫外曝光前后粘附力變化的特點，通過模板澆注獲得SU-8膠的圖形結構層，并將其轉移到UV膠帶上，其柔性保證了圖形結構層與Si基底上封裝膠層的大面積緊密貼合，然后鍵合完成納米通道制作。本文分析了界面間粘附能的大小對圖形轉移和鍵合過程的影響，并通過改變封裝膠層的厚度，獲得了不同尺寸的納米通道，建立起膠層厚度和納米通道尺寸精確的線性關系。利用有限元模擬SU-8膠填充形成通道的機理，分析了毛細力在鍵合填充過程中的作用。

　　微納米流體系統是通過微細加工技術在固體芯片上制作一系列具有生物化學分析等功能的單元，用來完成對無機離子、蛋白質、DNA及其他生化成分的快速標定及檢測，其巨大的應用和廣闊的市場成為人們研究的熱點。微納米流體系統的加工關鍵是微納米流體通道的加工，如何以低成本、簡單高效、高精度的方式實現微納米流體通道的制作是最重要的問題之一。目前，微納米通道加工的常規材料為玻璃、石英、硅等，然而這種基于硅材料的工藝復雜，材料和加工設備昂貴，成本高，再加上密封困難等條件限制了微納米流體系統的應用和推廣[。相比而言，聚合物材料價格低廉，化學和機械性能優良，生物兼容性良好，適于進行微納米加工，成為最有潛力的微納米流體結構材料之一。

　　熱鍵合通常被用于聚合物微納米流體通道頂部的密封，在此過程中，鍵合層被加熱到玻璃化溫度附近或以上，并在外部壓力作用下通過浸潤和粘合作用實現界面處分子鏈的糾纏(chainentanglement)，從而獲得緊密的界面接觸。為了獲得聚合物結構，鍵合過程通常是將具有封裝膠層的基片貼壓在鍵合結構層上，鍵合層通常以旋涂的方式沉積在石英、硅等硬質基底上，但硬質基片上的結構層與封裝層表面的起伏很難實現二者的大面積均勻貼合，而且鍵合過程需要外加很大的壓力，導致溝槽變形和工藝寬容度小，容易出現堵塞現象。柔性襯底上旋涂封裝層光刻膠雖然可以實現均勻貼合，但因為柔性襯底表面能的影響很難獲得大面積均勻的厚度，導致通道尺度難以精確控制。本文發展了一種簡單的逆向熱鍵合技術用以解決上述問題，即基于界面間表面能的差異，利用UV剝離膠帶成功實現微納結構圖形在柔性基底上的復制和轉移，獲得具有微納溝槽結構的自支撐薄片，利用其柔性實現與基片膠層貼合，從而改變以往在基片上制作圖形然后封裝的方法。該方法不僅可以在低壓下實現封裝層和結構層的均勻貼合，也利用Si基底膠層厚度容易控制的特點實現通道尺寸可控制作。

1、實驗

　　逆向熱鍵合制作納米通道包括圖形結構層逆向轉移和紫外熱鍵合兩個主要的過程，即將SU-8膠澆注于玻璃模板上，紫外固化后將復制的SU-8膠圖形結構轉移到UV膠帶上作為鍵合結構層，另取旋涂一層薄SU-8光刻膠形成封裝層的Si基底，將上述制得的SU-8膠圖形結構層覆蓋在Si基底上，經紫外熱鍵合技術制得微納米流體系統。工藝流程如圖1所示。具體實驗操作步驟如下：

　　(a)光柵模板經過清洗等預處理后，在其上旋涂脫模劑DC20然后置于85~95℃的熱臺上加熱15min。在處理過的光柵模板上旋涂一層SU-8光刻膠，厚度大約是4Lm，在烘臺上加熱90℃前烘5min。

　　(b)取一PDMS塊壓在光刻膠上，PDMS塊上放一重為0.5kg的鐵塊，用以逆向壓印光刻膠，使光刻膠充分填充模板溝槽，保持80℃和壓印壓力15min后自然冷卻，再透過PDMS塊進行紫外曝光115min;對曝光后的S-8光刻膠以80℃烘烤固化5min。

　　(c)-(d)將PDMS塊從SU-8光刻膠上去除，用UV膠帶粘附在SU-8光刻膠上，根據表面粘附能的不同，將SU-8光刻膠轉移到柔性UV膠帶上，在柔性基底上制得光柵圖形結構。

　　(e)取一Si片，經丙酮擦洗后在烘箱中烘烤(130℃，30min)，然后對其進行氧氣等離子體轟擊，隨后旋涂一層薄SU-8光刻膠，這層SU-8光刻膠的厚度非常重要，它是尺寸控制的關鍵因素。將其置于熱臺上前烘(90℃，10min)，制得封裝層Si基底。

　　(f)將步驟(c)所制得的SU-8膠光柵圖形結構進行氧氣等離子體處理;然后反扣覆蓋在步驟d制得的具有薄SU-8光刻膠的封裝層Si基底上，用滾筒以同一方向多次滾壓UV膠帶基底，使得SU-8光柵結構與封裝層Si基底接觸均勻，再在UV膠帶基底上放置一重為015kg的重物，并在烘臺上以65℃加熱1min。Si基底上的薄SU-8光刻膠在毛細力作用下填充溝槽，形成微納米通道結構。

　　(g)透過UV膠帶對各SU-8光刻膠層進行紫外曝光，曝光時間4min，而后進行PEB烘烤，溫度80℃，時間7~8min，使得各SU-8光刻膠層充分固化交聯，完成鍵合，形成一定鍵合強度的SU-8流體通道。由于UV膠帶紫外曝光后會失去粘性，去除SU-8光刻膠上的UV膠帶完成SU-8微納米流體系統的制作。

圖1 SU-8納米通道制作工藝流程圖

　　實驗中聚合物材料選用Microchem公司的SU-8系列光刻膠，SU-8系列光刻膠通過添加不同比例的溶劑(甲苯)可以獲得所需的厚度。其中的玻璃光柵模板是通過激光干涉曝光和反應離子束刻蝕(RIBE)技術在玻璃表面制作光柵狀線條來獲得。

　　為保證SU-8膠與模板的分離，采用道康寧DC20作為脫模劑以降低模板表面能。實驗中所用的UV膠帶是廈門隆鑫輝電子科技有限公司所產的一種LXH130-POUV膜，這種膠帶在紫外線曝光前具有很好的粘附力，曝光后基本失去粘性。材料表面能通過接觸角測量儀(德國德菲dataphysics公司、型號SCA20)測試，槽型和密封的通道結構采用掃描電鏡(SEM)(美國FEI公司、型號sirion200)測量。

3、總結

　　本文論述了一種制作微納米流體通道的新方法逆向熱鍵合技術。之所以稱為逆向是因為將鍵合結構層轉移在柔性襯底上，利用其柔性實現與涂覆在硬質基片上的封裝膠層的貼合，而不是常用的柔性基片上的封裝層與硬質基片上結構層之間的鍵合。選擇UV膠帶作為SU-8膠結構層的承載基片，利用其粘附力在紫外曝光前后變化的特點實現結構的轉移和通道密封。改變封裝層薄SU-8膠的厚度，獲得了不同尺寸的納米通道，實現了通道尺寸的可控制作。采用Fluent軟件模擬，建立起毛細力填充作用模型，闡述了鍵合過程中在毛細力的作用下，通道形成凹液面的原因。逆向熱鍵合技術提供了在低溫低壓下制作納米通道的比較簡單、尺寸可控的方法，因此這種技術可以在生化分析、光學器件、組織工程中得到廣泛應用。