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用飞秒激光制造三维微流体器件

导读: 微流体器件中设有亚毫米级通道用于控制液体的微小流量, 这给临床诊断用高性能生物分析带来了希望。

  微流体器件中设有亚毫米级通道用于控制液体的微小流量, 这给临床诊断用高性能生物分析带来了希望。传统的微流体器件是模压在塑料基底上的,其制造过程是一种固有的二维加工过程, 限制了这种廉价器件的复杂性。

  美国加利福尼亚大学的研究人员已经实验验证了一种飞秒激光制造技术, 利用这种技术可以生产出具有复杂三维结构的微毛细管。Groisman Mi-crofluidics 和 Kleinfeld Neurophysics 实验室的研究人员们首先用聚二钾基硅氧烷 ( PDMS,poly-dimethysiloxane) 有机材料作基底, 用模压方法在其上压制成微通道, 再将盖玻璃与 PDMS 粘接, 这样在模压通道上便产生了一个顶层。这是一种标准的二维微流体通道结构的制造技术。

  科研人员利用波长为 800 nm, 频率为 1 kHz 的100 fs 脉冲激光对 PDMS 材料曝光。该系统是由 Co-herent 公司生产的能泵浦飞秒激光振荡器, 输出功率为 10 W 的连续波绿激光器组成。振荡器产生的激光脉冲经美国制造的线性调频脉冲放大器放大至较高的能量。泵浦激光器是 Coherent 公司生产的 Q开关 Nd∶YAG 绿激光器。通过数值孔径 ( NA) 为 1.0 的 Olympus 水浸显微物镜聚焦产生一个很小的烧蚀区, 烧蚀区的尺寸和几何形状与脉冲能量有关(能量变化范围为 550~17 nJ)。

  当用激光脉冲照射, 并以 100 !m/s 的速度平移基底时, 便产生一连串的烧蚀区, 即微毛细管。烧蚀的碎片可能会阻塞通道, 但如果乙醇能流入烧蚀区, 便可清除碎片。机械加工完成后, 在氢氟酸中清洗基底能够增加微毛细管的稳定性。如果不清洗碎片, 直径<5 !m 的微毛细管可能很快被阻塞。由于优化了工艺参数, 研究人员已具备开发这种技术的能力, 并采用这种技术制造了直径范围为 >1 !m ,<10 !m~ 的笔直通道。通道横向和轴向运动组合可制造出三维螺旋式微毛细管。

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