发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，创新性的将微流控技术用于微透镜阵列的制作上，通过向具有小孔阵列的微流控芯片中注入水，并在水压力的作用下使得超薄聚二甲基硅氧烷PDMS变形，并利用聚氨酯丙烯酸酯紫外固化胶PUA与PDMS的相互复制工艺，实现微透镜阵列的制作。实施步骤中，通过巧妙的模具设计和工艺设计，实现了超薄PDMS的制作，不仅使得超薄PDMS的键合工艺得以顺利进行。同时，该工艺还可以形成一个模具槽结构，方便了后续倒模工艺的进行。其工艺优点还在于通过改变玻璃层多孔阵列的孔径大小，可以制作不同尺寸的微透镜阵列。通过控制微流控芯片内部水压，可以控制制作的微透镜高度，从而调节焦距。此外，本发明制作的微流控芯片可以重复使用，从而实现成本的降低和制作效率的提高。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法的特点是：第一，制作用于制作超薄聚二甲基硅氧烷PDMS的模具。第二，利用该模具制作超薄PDMS层。第三，制作多孔玻璃层。第四，将超薄PDMS层与多孔玻璃层键合。第五，通过PDMS倒模方式制作微流控流道结构。第六，将PDMS微流道结构与多孔玻璃的另外一面键合，完成微流控芯片的制作。第七，通过打孔技术形成微流控出入口。第八，向微流控芯片内通入水，通过水压使得超薄PDMS在玻璃孔处发生变形，形成凸微透镜阵列。第九，通过PUA复制得到凹微透镜阵列。最后以PUA为模板将凹微透镜阵列转印到PDMS上，最终形成PDMS材质的凸型微透镜阵列。

该微透镜阵列制作方法是按如下步骤操作：

a、采用CNC精密数控机床进行加工的方式制作聚甲基丙烯酸甲酯PMMA材质的模具，其特征在于模具的底部有两个条形凸台，凸台高于槽底部200微米(凸台高度用于控制超薄PDMS的厚度)

b、对模具均匀涂抹脱模剂后，将PDMS倒入模具槽中，接着将一块清洗干净的玻璃片至于槽内，通过一重物压紧玻璃片，使其紧贴槽底凸台，并保证PDMS溶液浸没玻璃片。待PDMS液面摊平后且内部无任何气泡后，至于烘箱中以80摄氏度固化1.5小时。PDMS完全固化后自然冷却到室温。由于固化的PDMS材料表面能很低，外加模具进行了降低表面能的处理，可以轻松的将固化的PDMS从模具内拿出。接着去除重物。通过这个步骤，玻璃片下方会得到平整且超薄的PDMS层(本发明超薄PDMS厚度为200微米)。此时中间玻璃片先不取出，可以方面后续的PDMS与玻璃的键合。

c、激光打孔方式制作多孔阵列玻璃，例如可以制作4×4，直径为1mm的孔阵列。

d、接着通过氧离子轰击键合技术将上述制作的超薄PDMS结构与多孔阵列玻璃键合。随后将上层PDMS切开一个开口，将玻璃片拿出，多余的PDMS会形成一个槽结构，方便了后续倒模工艺的进行，至此微流控芯片主体部分。

e、以PMMA为材料，利用CNC精密数控机床制作PDMS微流道结构所需的模具，接着利用模具，将PDMS溶液倒入上述模具槽内，无气泡后，至于烘箱中以80摄氏度固化1.5小时。PDMS完全固化后自然冷却到室温。撕下PDMS后获得PDMS微流道结构。

接着将PDMS微流道结构与微流控芯片主体部分键合，键合完成后利用打孔机制作入口，出口。最终完成用于制作微透镜阵列的微流控芯片。

f、采用向微流控芯片内部注入纯净水的方式，使得PDMS变形形成微透镜。左侧为水入口，出口接上水压计，用于监测微流控芯片内水压力。由于水压的作用，气孔处的PDMS会凸起形成微透镜阵列形状，通过调节水压大小，可以控制微透镜的高度。通过制作不同直径的孔，可以控制制作的微透镜的直径。

当PDMS变形形成微透镜后，将PUA溶液倾倒在PDMS所形成的槽内。待PUA完全摊平后，将PUA至于紫外热灯下曝光，固化PUA。曝光完成后，将PUA与PDMS分离。此时，微透镜阵列图案转移到PUA上。获得PUA材质的凹面微透镜阵列；

g、将PUA凹透镜阵列模板放模具盒内。然后将配置好并除去气泡的PDMS溶液倾倒在PUA凹面微透镜阵列上。待PDMS完全覆盖，液面平整且无气泡后，至于烘箱中以80摄氏度固化1.5小时。自然冷却后，将固化的PDMS与PUA模板剥离。这样再一次将微透镜阵列结构转移到PDMS上，从而获得了PDMS材质的凸型微透镜阵列。最后，可以根据需求将PDMS裁剪成需要的大小。

所述步骤a中凸台的作用是制作超薄PDMS层，其高度可以控制超薄PDMS层的厚度。本发明所述凸台高度控制在200微米。

所述步骤b中，使用的PDMS是sylgard 184型硅橡胶，由于后期需要通过压力使得PDMS变形，因此这里需要配置超弹性的PDMS。本发明采用的主剂和固化剂比例为20:1。主剂和固化剂充分混合后，放置与真空箱内抽真空除去气泡，完成PDMS溶液的配置。

所述步骤b中，在将PDMS到入模具内前，需要对模具槽内部进行表面处理，减少表面能，以利于脱模。本发明用的脱模剂为氟素表面处理剂。均匀涂抹脱模剂后，将模具至于90摄氏度热台上烘烤10分钟，以去除多余溶剂，随后冷却至室温。

所述步骤c，本发明所述的孔为4×4阵列，直径为1mm。其他排布的孔阵列也在本发明保护范围内。

所述步骤d和e中。PDMS与玻璃键合具体步骤是，首先使用异丙醇清洗PDMS并氮气吹干，保证其有表面洁净度。用丙酮擦洗多孔玻璃表面并氮气吹干，保证玻璃表面清洁。接着对PDMS键合面和多孔玻璃键合面进行氧气等离子轰击，增加PDMS和玻璃的表面能，氧离子轰击参数为：氧气压力20pa，电压功率30w，轰击时间为60秒。处理完后将PDMS键合面和玻璃紧密贴紧，并用重物压着后置于80摄氏度烘箱中加热2分钟。最后，玻璃和超薄PDMS层会粘结在一起；

所述步骤e中，PDMS主剂和固化剂比例为10:1。

所述步骤f中，采用PUA作为中间转印材料。曝光PUA曝光过程采用逐步曝光法，即曝光一分钟，停1分钟以利于散热，否则持续曝光的话，会由于产生大量的热而容易形成气泡，导致表面不平整。整个紫外曝光时间为15分钟。

所述步骤g中，PDMS主剂和固化剂比例为10:1。在实时复制前对PUA模板应该进行紫外曝光1小时，使其完全固化，避免PDMS在PUA模板上难以固化的问题。

与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

一、本发明提出一种通过微流控方式制作微透镜阵列的方法，通过改变玻璃层多孔阵列的孔径大小，可以制作不同尺寸的微透镜阵列。

二、通过控制微流控芯片内部水压，可以控制制作的微透镜高度，从而调节焦距。

三、微流控芯片可以重复使用，从而实现批量制作，因此可以有效降低成本。

四、通过特殊的模具设计，从而获得了平整的超薄PDMS结构，该结构有利于后续键合工艺的进行。同时，该工艺还可以形成一个模具槽结构，方便了后续PUA材料的倒入及PUA复制工艺的进行。