從專利角度分析微流控芯片的鍵合技術

張 茜

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510530）

微流控芯片是20 世紀90 年代在分析化學領域發展起來的，它以微管道網絡為結構特征，以生命科學為主要應用對象，并在分析化學、生命科學及生物醫學器件等領域廣泛應用。微流控芯片的制作通常包括以下兩部分：成型蓋片和基片以及鍵合微流控芯片。而鍵合是微流控芯片加工中的一個關鍵的工藝環節。

本文對微流控芯片的鍵合技術在我國的專利申請情況進行了分析，以便更好了解該領域的技術發展概況。

1 鍵合技術在中國專利申請技術分析

本文以2019 年1 月1 日之前向中國國家知識產權局提交并公開公告的專利申請為研究對象，數據來源于國家知識產權局專利局的專利檢索與服務系統中的中國專利文摘數據庫（簡稱“CNABS”數據庫）。檢索式為 (微流控芯片s(鍵合or 封接)and(apd＜20190101))，得到符合條件的中國專利申請共計577 件。

對577 件專利申請的分類號進行了統計分析，表1 示出了該領域申請數量排名前6 位涉及的分類號。其中B01L3/00 下申請數量最大為752件，這與微流控芯片應用于實驗室分析是相呼應的。需要說明的是，根據國際專利分類規則，可對一個或多個技術主題分別分類，因此同一專利申請可包括表1 中的多個分類號，本文未做去重處理。

如圖1 所示，該領域申請主要集中在2009 至2018 年這十年中，申請量共508 件，占申請總量的88%，其中2015 年年申請量達到117 件，創歷史新高。需要說明的是，2017-2018 年年申請量數據由于部分可能尚未公布存在一定誤差，因為中國專利法第34 條規定，發明專利申請自申請日起滿十八個月，即行公布。根據圖1 結合微流控芯片的具體應用對象，該領域在未來仍然是研究熱點，年申請量也會維持在一個較高水平。

表1 微流控芯片的鍵合技術所在領域主要分類號統計

圖1 微流控芯片的鍵合技術的專利年申請量情況

圖2 主要申請人排名

如圖2 所示，該領域申請量排名前10 的均為國內申請人，表明在國內該領域我國自主研發占絕對主導地位。具體包括7 所高校和3 所研究機構，沒有公司企業和個人申請，這是由微流控芯片的具體應用對象所決定的。其中中科院大連化學物理研究所申請數量達到69 件，排名第一。

2 鍵合技術簡介

直接熱鍵合、超聲波鍵合、微波焊接鍵合、等離子體輔助鍵合、溶劑鍵合等均是常見的微流控芯片鍵合方式。

例如申請號為200510046835.1 的專利申請[1]將兩片待封接的石英芯片經稀HF 酸處理，通過加壓模具加壓，同時在烘箱中加熱一段時間，實現較大面積芯片的快速封接。

申請號為200710011530.6 的專利申請[2]采用超聲波鍵合的方式提高了鍵合效率，實現了聚合物微流控芯片的快速無間質鍵合；制作微導能梁，在鍵合過程中會不斷熔融，有利于鍵合接觸面的潤濕，形成穩定鍵合強度；制作微定位舌精密定位微接頭結構，解決了超聲波鍵合時，由于橫波分量導致的上、下聚合物基片竄動以及由此引起的精密定位困難，提高芯片制作成品率。

申請號為201210395924.7 的專利申請[3]將吸波涂層均勻涂覆于芯片的基片和蓋片的鍵合界面處，電磁波發射裝置和聚合物微流控芯片均被置于一個可以防止電磁波泄漏并且有一定隔熱作用的封閉容器內。用電磁波在密閉容器內輻射加熱，此時鍵合界面處的吸波材料吸收微波輻射釋放熱量，鍵合界面受熱形成短暫的半熔融狀態，從而完成鍵合。

申請號為201210442236.1 的專利申請[4]首先提供一硅基芯片與一PDMS 芯片，采用丙酮和酒精對所述硅基芯片及所述PDMS 芯片進行超聲清洗，然后采用氧氣及第二氣體的混合等離子體對所述硅基芯片的鍵合面及PDMS 芯片的鍵合面進行處理，最后將所述硅基芯片的鍵合面及PDMS芯片的鍵合面相互貼合并進行按壓，以鍵合所述硅基芯片及PDMS 芯片。

申請號為201711448805.2 的專利申請[5]使用溶劑蒸氣作用于聚合物芯片表面，形成溶解層或溶脹層，溶劑蒸氣分布均勻，且含量較少，避免溝道內溶劑分子過多，粘接力過強，堵塞溝道。將聚合物蓋片的單面熏蒸，避免了傳統雙面熏蒸影響透光性的問題，并增加使用UV 照射，促進鍵合過程中斷鍵與交聯，增強鍵合強度，同時提高芯片光學性能。

申請號為201410853042.X 的專利申請[6]在預處理環節中利用等離子體改性技術對微流控芯片表面進行等離子體處理，提高芯片表面活性后進入熱壓機中實現鍵合。該方法在鍵合工藝參數上降低了鍵合溫度與時間，提高了熱鍵合的生產效率，且鍵合強度為直接熱鍵合的3~5 倍，而微結構的變形量比直接熱鍵合顯著降低。

3 結語

本文從中國專利申請的視角出發，對微流控芯片的鍵合技術的相關專利申請涉及的主要分類號、主要申請人、年申請量進行了統計分析，并結合專利申請簡要介紹了鍵合方式。由于微流控芯片的應用領域是以實驗科學為基礎的，決定了其在將來很長一段時間內依然是研究熱點，專利申請質量也會得到進一步提高。