一种微流控芯片的成型模具及成型方法与流程

1.本发明涉及微流控芯片成型技术领域，具体涉及一种微流控芯片的成型模具及成型方法。


背景技术：

2.微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
3.高分子聚合物（pdms）是一种用于制作微流控芯片的模型胶，它加工成型方便，原材料成本低，适于大批量制作。通过在微流控芯片复形模具上浇注液态高聚物，待其固化后将其与模具剥离，便能在高聚物表面形成与模具一致的图案。
4.目前常用的成型方法是，在模具中注入pdms，通过注塑成型半成品，然后再对办成品进行光刻；或者直接向装有模板的模具内倒入pdms，等待冷却固化，再用小刀切割得到芯片。
5.上述方式存在以下缺陷：1、模具必须放置在完全水平的操作台上，否则芯片表面不平整；2、受表面张力的影响，注塑液固化后其上表面呈曲面。
6.基于上述情况，本发明提出了一种微流控芯片的成型模具及成型方法，可有效解决以上一种或多种问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种微流控芯片的成型模具及成型方法。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.一种微流控芯片的成型模具，包括上模结构和下模结构；所述上模结构包括上模架和上模，所述上模架上设有若干个用于安装所述上模的上模固定腔；所述下模结构包括下模架和安装在所述下模架内的分液板，所述分液板上对应每个所述上模固定腔均设有下模注塑腔；所述分液板的底部设有安装在所述下模架内的支撑结构；所述上模架和下模架的一侧通过转动结构转动连接，且所述上模架和下模架之间设有固定结构。
10.优选的，所述上模固定腔内的顶部设有用于安装所述上模的安装板，且所述安装板的四个侧面与所述上模固定腔的四个内侧面之间均设有间隙。
11.优选的，所述下模注塑腔的顶部嵌入所述安装板与上模固定腔之间的间隙中。
12.优选的，所述分液板在每个所述下模注塑腔的底部均设有若干个出液孔，所述分液板的上还设有注液管，且所述注液管连通至每一个所述出液孔。
13.优选的，所述注液管上设有单向阀。
14.优选的，所述分液板的两侧均设有指示板，且在所述下模架上对应所述指示板和注液管均设有移动槽。
15.优选的，所述支撑结构的数量为两个，两个所述支撑结构分别设置在所述分液板下方发的两端；所述支撑结构包括支撑板，所述支撑板的上方设有若干与所述支撑板平行的顶板，所述顶板与所述支撑板之间通过倾斜的弹性板连接。
16.优选的，所述下模架上对应每个所述转动结构均设有第一转动座，且所述上模架上对应每个所述转动结构均设有第二转动座；所述转动结构包括转动块，所述转动块上设有第一转动孔和第二转动孔，所述第一转动孔为圆孔，所述第二转动孔为腰圆孔；所述第一转动孔与第一转动座转动连接，所述第二转动孔与第二转动座转动连接。
17.优选的，所述下模架上对应每个所述固定结构均设有第一连接座，所述上模架上对应每个所述固定结构均设有第二连接座；所述固定结构包括转动连接在所述第一连接座上的固定螺杆和套设在所述固定螺杆上的旋转紧固件，所述固定螺杆和旋转紧固件通过螺纹对所述下模架和上模架进行紧固。
18.一种微流控芯片的成型方法，步骤如下：
19.步骤s1：根据微流控芯片通过光刻机加工出每个部分的上模；
20.步骤s2：根据微流控芯片的需求调制出具有低粘度和低固化温度特性的高分子材料注塑液；
21.步骤s3：将步骤s1中制备的上模装入上模固定腔内，并对上模进行吹气清理；
22.步骤s4：将上模架和下模架合上，并且通过固定结构将上模架和下模架紧固；
23.步骤s5：将步骤s2中调制的注塑液通过注液管注入下模注塑腔内，直至分液板在注入的注塑液的压力下降至最低点，停止注入注塑液；
24.步骤s6：晃动成型模具或对成型模具进行震动，分液板的位置会上升，若分液板上升的距离大于2mm，继续注入注塑液，直至分液板在注入的注塑液的压力下降至最低点后重新进行步骤s6；若分液板上升的距离小于2mm，进入下一步骤；
25.步骤s7：静置成型模具，等待注塑液固化；
26.步骤s8：待注塑液固化后，打开成型模具取出微流控芯片的各个部件；
27.步骤s9：将步骤s8中取出的部件组装成微流控芯片。
28.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
29.本发明的微流控芯片的成型模具及成型方法结构巧妙，通过上模结构和下模结构可同时对若干个用于组装微流控芯片的组件进行注塑成型，保证了较快的成型效率；且通过支撑结构，对可移动的分液板起到支撑的作用，确保在注塑成型的过程中注塑液可以充满整个由上模与下模注塑腔构成的空间，保证较好的成型效果，确保微流控芯片表面平整，流道清晰；通过转动结构和固定结构，保证较好的合模效果，确保合模后的注塑过程能够顺利进行。
附图说明
30.图1为本发明的结构示意图；
31.图2为本发明的剖面结构示意图；
32.图3为本发明部分结构的结构示意图；
33.图4为本发明所述分液板的结构示意图；
34.图5为本发明所述转动结构的结构示意图。
实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1：
36.如图1至5所示，本发明提供了一种微流控芯片的成型模具，包括上模结构和下模结构；所述上模结构包括上模架1和上模2，所述上模架1上设有若干个用于安装所述上模2的上模固定腔11；所述下模结构包括下模架3和安装在所述下模架3内的分液板4，所述分液板4上对应每个所述上模固定腔11均设有下模注塑腔5；所述分液板4的底部设有安装在所述下模架3内的支撑结构；所述上模架1和下模架3的一侧通过转动结构转动连接，且所述上模架1和下模架3之间设有固定结构。
37.本发明通过所述上模结构和下模结构可同时对若干个用于组装微流控芯片的组件进行注塑成型，保证了较快的成型效率；且通过所述支撑结构，对可移动的所述分液板4起到支撑的作用，确保在注塑成型的过程中注塑液可以充满整个由所述上模2与下模注塑腔5构成的空间，保证较好的成型效果，确保微流控芯片表面平整，流道清晰；通过所述转动结构和固定结构，保证较好的合模效果，确保合模后的注塑过程能够顺利进行。
38.进一步地，在另一个实施例中，所述上模固定腔11内的顶部设有用于安装所述上模2的安装板12，且所述安装板12的四个侧面与所述上模固定腔11的四个内侧面之间均设有间隙。
39.通过所述安装板12，更好用于安装所述上模2，且在所述上模2和安装板12之间可以设置用于固定或者快速固定的结构，保证所述上模2与安装板12的连接稳定性，确保更好的注塑效果。
40.进一步地，在另一个实施例中，所述下模注塑腔5的顶部嵌入所述安装板12与上模固定腔11之间的间隙中。
41.所述下模注塑腔5的顶部嵌入所述安装板12与上模固定腔11之间的间隙中，保证所述上模2与所述下模注塑腔5构成的空间不仅具有较好的密闭性，还能具有一定的调节空间，确保在所述分液板4向下移动的过程中，注塑液不会溢出，确保注塑液时刻保持高压状态，进而避免在注入注塑液的过程中形成过多的气泡，保证较好的成型效果，微流控芯片的各个部件的表面均较平整，且具有较好的光透性。
42.进一步地，在另一个实施例中，所述分液板4在每个所述下模注塑腔5的底部均设有若干个出液孔51，所述分液板4的上还设有注液管41，且所述注液管41连通至每一个所述出液孔51。
43.通过所述注液管41和出液孔51，将注塑液分配到每一个所述下模注塑腔5内，保证多个部件可以同时进行注塑成型，保证较好的成型效率。
44.所述分液板4分上下两层，便于将流道中固化的注塑废料取出。
45.进一步地，在另一个实施例中，所述注液管41上设有单向阀42。
46.通过在所述注液管41上设置单向阀42，降低注塑液的注入难度；注塑液在充满所述上模2与下模注塑腔5构成的空间后，持续注入注塑液就会加大注塑液的压力并推动所述分液板4向下移动，由于成型模具内的液体压力较大就会需要加大注入时的压力，若无法及时调节压力就会导致成型模具内的注塑液喷出，而通过所述单向阀42可以解决该问题，保证注塑液只能单向流动。
47.进一步地，在另一个实施例中，所述分液板4的两侧均设有指示板43，且在所述下模架3上对应所述指示板43和注液管41均设有移动槽31。
48.所述指示板43所对应的所述移动槽31的侧面设有刻度条，可以直观快速的得出所述分液板4的移动距离。
49.进一步地，在另一个实施例中，所述支撑结构的数量为两个，两个所述支撑结构分别设置在所述分液板4下方发的两端；所述支撑结构包括支撑板61，所述支撑板61的上方设有若干与所述支撑板61平行的顶板62，所述顶板62与所述支撑板61之间通过倾斜的弹性板63连接。
50.两侧均设有所述支撑结构，从两侧同时进行支撑，保证更好的支撑效果；若分液板4的长度较长，也可增加所述支撑结构的数量。
51.通过所述支撑板61和所述顶板62分别对所述下模架3和分液板4起到较好的支撑作用，而所述弹性板63为所述分液板4提供推力，保证较好的注塑效果；采用上述结构的所述支撑结构，可以在较小的空间能保证较好的支撑效果。
52.进一步地，在另一个实施例中，所述下模架3上对应每个所述转动结构均设有第一转动座32，且所述上模架1上对应每个所述转动结构均设有第二转动座13；所述转动结构包括转动块71，所述转动块71上设有第一转动孔72和第二转动孔73，所述第一转动孔72为圆孔，所述第二转动孔73为腰圆孔；所述第一转动孔72与第一转动座32转动连接，所述第二转动孔73与第二转动座13转动连接。
53.通过形状为腰圆孔的所述第二转动孔73，在合模的时候可将所述上模架1转动到所述下模架3的上方并对齐后再下压，避免在合模的过程中所述上模2与下模结构接触而导致上模2的移动或者受损，进而保证更好的成型效果，提高注塑的成功率。
54.进一步地，在另一个实施例中，所述下模架3上对应每个所述固定结构均设有第一连接座33，所述上模架1上对应每个所述固定结构均设有第二连接座14；所述固定结构包括转动连接在所述第一连接座33上的固定螺杆81和套设在所述固定螺杆81上的旋转紧固件82，所述固定螺杆81和旋转紧固件82通过螺纹对所述下模架3和上模架1进行紧固。
55.在成型模具的前后两侧均设有所述固定结构，从两侧同时对成型模具的上模结构和下模结构进行紧固，保证更好的紧固效果，确保在在注塑过程中，注塑液不会溢出。
实施例2：
56.如图1所示，本发明提供了一种微流控芯片的成型方法，步骤如下：
57.步骤s1：根据微流控芯片通过光刻机加工出每个部分的上模；
58.步骤s2：根据微流控芯片的需求调制出具有低粘度和低固化温度特性的高分子材料注塑液；
59.采用具有低粘度和低固化温度特性的高分子材料注塑液，可以降低成型要求，提
高成型效率。
60.步骤s3：将步骤s1中制备的上模装入上模固定腔内，并对上模进行吹气清理；
61.避免固体小颗粒等杂质影响成型质量，保证微流控芯片的各个部件具有较高的合格率，不会影响组装后微流控芯片功能的实现。
62.步骤s4：将上模架和下模架合上，并且通过固定结构将上模架和下模架紧固；
63.步骤s5：将步骤s2中调制的注塑液通过注液管注入下模注塑腔内，直至分液板在注入的注塑液的压力下降至最低点，停止注入注塑液；
64.采用上述方式进行注塑，确保注塑液充满整个注塑空间，保证每个部件的每个面都能合格，即使未将成型模具水平放置在水平面上，也能确保成型的部件合格。
65.步骤s6：晃动成型模具或对成型模具进行震动，分液板的位置会上升，若分液板上升的距离大于2mm，继续注入注塑液，直至分液板在注入的注塑液的压力下降至最低点后重新进行步骤s6；若分液板上升的距离小于2mm，进入下一步骤；
66.通过晃动或震动将注塑液中的气泡排出，保证成型的微流控芯片部件内部不会有气泡，确保较好的成型效果。
67.步骤s7：静置成型模具，等待注塑液固化；
68.步骤s8：待注塑液固化后，打开成型模具取出微流控芯片的各个部件；
69.步骤s9：将步骤s8中取出的部件组装成微流控芯片。
70.本发明描述的方法可用于对上模成型效果的测试，以及小批量制作微流控芯片。
71.依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的微流控芯片的成型模具及成型方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
72.如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
73.除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种微流控芯片的成型模具，其特征在于：包括上模结构和下模结构；所述上模结构包括上模架（1）和上模（2），所述上模架（1）上设有若干个用于安装所述上模（2）的上模固定腔（11）；所述下模结构包括下模架（3）和安装在所述下模架（3）内的分液板（4），所述分液板（4）上对应每个所述上模固定腔（11）均设有下模注塑腔（5）；所述分液板（4）的底部设有安装在所述下模架（3）内的支撑结构；所述上模架（1）和下模架（3）的一侧通过转动结构转动连接，且所述上模架（1）和下模架（3）之间设有固定结构。2.根据权利要求1所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述上模固定腔（11）内的顶部设有用于安装所述上模（2）的安装板（12），且所述安装板（12）的四个侧面与所述上模固定腔（11）的四个内侧面之间均设有间隙。3.根据权利要求2所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述下模注塑腔（5）的顶部嵌入所述安装板（12）与上模固定腔（11）之间的间隙中。4.根据权利要求1所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述分液板（4）在每个所述下模注塑腔（5）的底部均设有若干个出液孔（51），所述分液板（4）的上还设有注液管（41），且所述注液管（41）连通至每一个所述出液孔（51）。5.根据权利要求4所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述注液管（41）上设有单向阀（42）。6.根据权利要求4所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述分液板（4）的两侧均设有指示板（43），且在所述下模架（3）上对应所述指示板（43）和注液管（41）均设有移动槽（31）。7.根据权利要求1所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述支撑结构的数量为两个，两个所述支撑结构分别设置在所述分液板（4）下方发的两端；所述支撑结构包括支撑板（61），所述支撑板（61）的上方设有若干与所述支撑板（61）平行的顶板（62），所述顶板（62）与所述支撑板（61）之间通过倾斜的弹性板（63）连接。8.根据权利要求1所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述下模架（3）上对应每个所述转动结构均设有第一转动座（32），且所述上模架（1）上对应每个所述转动结构均设有第二转动座（13）；所述转动结构包括转动块（71），所述转动块（71）上设有第一转动孔（72）和第二转动孔（73），所述第一转动孔（72）为圆孔，所述第二转动孔（73）为腰圆孔；所述第一转动孔（72）与第一转动座（32）转动连接，所述第二转动孔（73）与第二转动座（13）转动连接。9.根据权利要求1所述的微流控芯片的成型模具，其特征在于：所述下模架（3）上对应每个所述固定结构均设有第一连接座（33），所述上模架（1）上对应每个所述固定结构均设有第二连接座（14）；所述固定结构包括转动连接在所述第一连接座（33）上的固定螺杆（81）和套设在所述固定螺杆（81）上的旋转紧固件（82），所述固定螺杆（81）和旋转紧固件（82）通过螺纹对所述下模架（3）和上模架（1）进行紧固。10.一种微流控芯片的成型方法，其特征在于：步骤如下：步骤s1：根据微流控芯片通过光刻机加工出每个部分的上模；步骤s2：根据微流控芯片的需求调制出具有低粘度和低固化温度特性的高分子材料注塑液；步骤s3：将步骤s1中制备的上模装入上模固定腔内，并对上模进行吹气清理；
步骤s4：将上模架和下模架合上，并且通过固定结构将上模架和下模架紧固；步骤s5：将步骤s2中调制的注塑液通过注液管注入下模注塑腔内，直至分液板在注入的注塑液的压力下降至最低点，停止注入注塑液；步骤s6：晃动成型模具或对成型模具进行震动，分液板的位置会上升，若分液板上升的距离大于2mm，继续注入注塑液，直至分液板在注入的注塑液的压力下降至最低点后重新进行步骤s6；若分液板上升的距离小于2mm，进入下一步骤；步骤s7：静置成型模具，等待注塑液固化；步骤s8：待注塑液固化后，打开成型模具取出微流控芯片的各个部件；步骤s9：将步骤s8中取出的部件组装成微流控芯片。

技术总结
本发明公开了一种微流控芯片的成型模具，包括上模结构和下模结构；所述上模结构包括上模架和上模，所述上模架上设有若干个上模固定腔；所述下模结构包括下模架和分液板，所述分液板上设有下模注塑腔；所述分液板的底部设有支撑结构；所述上模架和下模架的一侧通过转动结构转动连接，且所述上模架和下模架之间设有固定结构；本发明通过上模结构和下模结构可同时对若干个用于组装微流控芯片的组件进行注塑成型，保证了较快的成型效率；且通过支撑结构，对可移动的分液板起到支撑的作用，确保在注塑成型的过程中注塑液可以充满整个由上模与下模注塑腔构成的空间，保证较好的成型效果，确保微流控芯片表面平整，流道清晰。流道清晰。流道清晰。


技术研发人员：王根年 谢敏
受保护的技术使用者：东莞市纳百医疗科技有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/12