I. Mi az a mikrofluidikus chip?
A hagyományos chipekkel ellentétben a mikrofluidikus chip inkább egy "biokémiai reakcióplatformhoz" hasonlít a mikrométer skálán. Pontosabban, a mikrofluidikus chip egy olyan technológiai platform, amely integrálja az alapvető operatív egységeket, például a minta előkészítését, a reakciót, az elválasztást és az olyan mezőkről, mint a biológia, a kémia és a gyógyszer a „chip” -re a mikrométer skálán. Ez lehetővé teszi a komplex biokémiai folyamatok gyors, hatékony és automatizált elemzését.
Mivel a mikrofluidikus chipek mikroskála szerkezetekkel rendelkeznek, a folyadékok kimutatnak és speciális tulajdonságokat generálnak, amelyek különböznek a makroszkopikus skálán, ami egyedi analitikai képességek fejlesztéséhez vezet.
A mikrofluidikus chipek apró folyékony minták pontos manipulálását igénylik, például a folyadékáram, a keverés, a reakció és a detektálás szabályozását. Ebből a szempontból a mikrofluidikus chip magszerkezete a mikrocsatornák és a mikrokankok. Más szavakkal, a mikrocsatornák és a mikrokankok gyártásának minősége közvetlenül befolyásolja a mikrofluidikus chip teljesítményét és detektálási hatékonyságát.
Ii. A mikrofluidikus chip -gyártási módszerek összehasonlítása (az üveg mikrocsatornák használata példaként)
A hagyományos gyártási módszerek a következők:
1. Hagyományos mechanikus megmunkálás: hajlamos a forgácsolásra és a repedésekre.
2. Ultrahangos megmunkálás: alacsony hatékonyság, nehézségekbe ütközik a finom felületi jellemzők szabályozásában.
3. csiszoló sugárhajtású megmunkálás: Maszkot és szubsztrátot igényel, ami megnehezíti a nagy oldalarányú mikrocsatornák készítését.
4. gyémántvágás: nem elegendő pontosság és alacsony megmunkálási hatékonyság.
5. Vegyi maratás:
- A nedves maratás, izotróp jellege miatt, nemcsak mélyen maratja a csatornákat, hanem vízszintesen kibővíti azokat a felszínen, és olyan oldalsó "alá vágást" okoz, amely befolyásolja a csatorna pontosságát.
- A száraz maratás viszont alacsony feldolgozási hatékonysággal rendelkezik.
Iii. A femtoszekundumos lézerfeldolgozás előnyei a mikrofluidikus chipekhez
A mikrofluidikus chipek elsődleges mikroskálájú struktúrái tartalmazzák a vak hornyokat, a vak lyukakat és a mikro -lyukakat. A femtosekundás lézerfeldolgozás, mint egy élvonalbeli mikro/nano-gyártási technológia, olyan előnyöket kínál, mint a nagy pontosság, az érintkezés nélküli feldolgozás, a széles anyagi alkalmazkodóképesség és a gyors feldolgozási sebesség. Ezek a tulajdonságok különösen alkalmassá teszik a mikroszerkezetek mikroszerkezetek maratására a mikrofluidikus chipsben.
Az alábbiakban elemezzük a femtoszekundumos lézerfeldolgozás előnyeit a mikrofluidikus chipek kulcsfontosságú minőségi mutatói alapján:
1. A mikrocsatornák és a mikrokankok és a mikrofluidikus chipek dimenziós és formájának pontossága rendkívül nagy pontosságot igényel a mikrocsatornák és a mikrokankok méretében és alakjában, mivel ezek közvetlenül befolyásolják a folyadékáramlás tulajdonságait és a reakció hatékonyságát. Rendszeres lézerként a femtosekundás lézer foltátmérője csak néhány mikrométer, több mint tíz mikrométerig, lehetővé téve a nagy pontosságú anyagmaratást és a fúrást. Például a Shenzhen monokolor technológiából származó feldolgozási szabványok azt mutatják, hogy a mikrocsatornák és a mikro -lyukak dimenziós pontossága ± 1 μm -en belül szabályozható, megfelelve a legtöbb mikrocsatorna és más alkatrész pontossági követelményeinek.
(Kerámia mikrofluidikus csatornák: A gyártási esettanulmány)
2. Felületi érdesség: A mikrocsatornák és a mikrokankok felületeinek simaaknak kell lenniük a folyadékáram -ellenállás csökkentése, a minta adszorpciójának megakadályozása és a detektálási érzékenység fokozása érdekében. A femtosekundás lézerek, amelyek ultra-rövid pulzusszélességükkel biztosítják a jó maratási eredményeket, minimalizálva az átdolgozó rétegeket, a burrokat és a mikrotöréseket. Következésképpen a hagyományos vak hornyok és a vak lyukak felületi érdessége szabályozható a {3}}.
3. anyagi alkalmazkodóképesség: Az üvegen kívül a mikrofluidikus chipek számos anyagból készülnek, beleértve a polimer anyagokat (pl. Pi film, PDMS film), szilíciumból és kerámiából. Ezért a mikrofluidikus chipek gyártásának a különféle anyagok tulajdonságainak megfelelőnek kell lennie. A femtosekundás lézerek, rendkívül magas csúcsteljesítményükkel, azonnal lerövidíthetik az anyagokat, így különféle anyagok feldolgozására alkalmassá válnak. Függetlenül attól, hogy szilícium, üveg vagy film alapú anyagok-e, a femtosekundás lézerek felhasználhatók a mikrocsatornák és a vak lyukak előállítására.
(PDMS membrán mikrokankok: gyártási esettanulmány)
Következtetés
A femtosekundum lézertechnika forradalmasította a mikrofluidikus chipek gyártását, amelyek alapvető eszközök a biológiában, a kémiában és az orvostudományban. Ezeknek a chipeknek a teljesítménye erősen függ a mikrocsatornák és a mikrokankok pontosságától, ez egy olyan standard, amelyet a hagyományos gyártási módszerek gyakran nem teljesítenek a pontosság, a hatékonyság és az anyagi kompatibilitás korlátozásai miatt.
Ezzel szemben a femtoszekundumos lézerfeldolgozás jelentős előnyöket kínál, ideértve a nagy pontosságot, az érintkezés nem működését, a széles anyagi alkalmazkodóképességet és a minimális felületi érdességet. A mikrocsatornák és a mikrokankok méreteinek és alakjainak pontos ellenőrzésével, a felületi érdesség optimalizálásával, valamint a különféle anyagok (például üveg, szilícium és polimerek) befogadásával, a femtosekundás lézerek megbízható megoldást kínálnak a mikrofluid chipek komplex tervezéséhez és hatékony előállításához.
A jövőre nézve, amint a femtosekundumos lézertechnika tovább halad, a mikrofluidikus chipek területén alkalmazott alkalmazása várhatóan kibővül, az innovációt és a szélesebb körű alkalmazást olyan területeken, mint például a precíziós orvoslás, a környezeti megfigyelés és a bioanalízis.