[發(fā)明專利]在多孔玻璃內(nèi)部制備三維微流通道的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110363901.3
• 申請(qǐng)日: 2011-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN102489873A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉昌寧;廖洋;程亞;徐至展
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/12
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納秒激光加工，特別是一種在多孔玻璃內(nèi)部制備三維微流通道的方法。

背景技術(shù)

與傳統(tǒng)的硅芯片集成電路類似，近年來(lái)迅速發(fā)展并在化學(xué)和生物分析領(lǐng)域取得顯著關(guān)注的芯片上的實(shí)驗(yàn)室和微全分析系統(tǒng)能夠在一個(gè)芯片大小的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種功能性微結(jié)構(gòu)的集成，從而完成生物和化學(xué)分析中的各種常規(guī)與特殊功能，如混合、分離和檢測(cè)等，實(shí)現(xiàn)化學(xué)與生物分析過(guò)程的微型化、自動(dòng)化、集成化與便攜化。相對(duì)于傳統(tǒng)生化分析技術(shù)，這種芯片系統(tǒng)為我們提供了一種結(jié)構(gòu)微小而功能全面的分析技術(shù)平臺(tái)。

迄今為止，制備微流通道主要依靠光刻技術(shù)，但其本質(zhì)是一項(xiàng)平面加工技術(shù)，無(wú)法直接加工制備三維微納結(jié)構(gòu)。此外，傳統(tǒng)的硅基光刻技術(shù)主要是針對(duì)微電子學(xué)元件進(jìn)行集成；而在硅芯片上實(shí)現(xiàn)微流體、微光學(xué)等功能性元件仍存在嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，為了追求具有多功能的三維幾何微納器件，發(fā)展新的微納制備技術(shù)很有必要。(參見文獻(xiàn)：H?Craighead.，Nature，Vol.442，P?387，2006)

當(dāng)前，飛秒激光微加工技術(shù)以其加工精度高、熱效應(yīng)小、損傷閾值低和可以對(duì)透明材料實(shí)現(xiàn)三維微加工等優(yōu)點(diǎn)尤其適用于各種微結(jié)構(gòu)的制備。利用飛秒激光微加工技術(shù)結(jié)合后期的熱處理和HF酸腐蝕等輔助過(guò)程，人們?cè)谝环N名叫Foturan的光敏玻璃內(nèi)部加工出內(nèi)徑為十微米量級(jí)的三維微通道，并演示了其混合兩種溶液的功能(參見文獻(xiàn)：M.Masuda，K.Sugioka，et?al.，Applied?Physics?A，Vol.76，P857，2003)；此外也有人直接利用緊聚焦飛秒激光束在浸泡于水中的玻璃芯片內(nèi)部加工出微腔(參見文獻(xiàn)：An?R，Li?Y，et?al.，Applied?Physics?A，Vol.83，P?27，2006)，但用這兩種方法加工時(shí)，通道容易被碎屑堵塞，其長(zhǎng)度往往僅有幾百個(gè)微米，縱橫比受到極大限制。

近期，我們提出了一種基于飛秒激光在多孔玻璃基底中制備任意長(zhǎng)度、任意構(gòu)型的三維微流通道的新方法(參見文獻(xiàn)：Liao?Y，Ju?Y，et?al.，Opt.Lett.Vol.35：P?3225，2010)，徹底解決了縱橫比的問(wèn)題。但是飛秒激光器價(jià)格昂貴，極大地阻礙了微納加工技術(shù)在高校和工業(yè)界的發(fā)展及其應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問(wèn)題在于提供一種在多孔玻璃內(nèi)部制備三維微流通道的方法，該方法用非常廉價(jià)的Nd:YAG倍頻激光器在多孔玻璃內(nèi)部進(jìn)行加工，并得到三維微流通道，不僅可以節(jié)省成本，而且Nd:YAG倍頻激光器功率非常穩(wěn)定，可極其廣泛地應(yīng)用于高校和工業(yè)界。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種在多孔玻璃內(nèi)部制備三維微流通道的方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列步驟：

①先將待加工的多孔玻璃塊固定在一個(gè)透明的玻璃容器中，再將該玻璃容器固定在一個(gè)三維平移臺(tái)上，然后在所述的玻璃容器中注入羅丹明溶液，將所述的多孔玻璃完全淹沒；

②Nd:YAG倍頻激光器發(fā)出的倍頻光依次經(jīng)小孔光闌、衰減片至分色鏡，經(jīng)該分色鏡反射，顯微物鏡聚焦于所述的多孔玻璃內(nèi)部，第一電腦中的程序控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述的三維平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)，三維平移臺(tái)的運(yùn)動(dòng)又導(dǎo)致所述的多孔玻璃運(yùn)動(dòng)，冷光源發(fā)出的光通過(guò)所述的玻璃容器之底照射所述的多孔玻璃底部，透射光線經(jīng)所述的顯微物鏡聚焦，透過(guò)所述的分色鏡后，由CCD接收，該CCD接收的圖像輸出至第二電腦并顯示，以便實(shí)時(shí)觀察到整個(gè)加工過(guò)程；

③光路調(diào)整好后，啟動(dòng)所述的Nd:YAG倍頻激光器、冷光源、第一電腦和第二電腦，所述的Nd:YAG倍頻激光器發(fā)出的中心波長(zhǎng)為532nm，脈沖寬度為8ns，重復(fù)頻率為10Hz的倍頻光，依次經(jīng)所述的小孔光闌、衰減片至分色鏡，經(jīng)該分色鏡反射，顯微物鏡聚焦于所述的多孔玻璃內(nèi)部，滲透到多孔玻璃內(nèi)部的羅丹明溶液正好吸收波長(zhǎng)為532nm的倍頻激光的同時(shí)產(chǎn)生大量熱能，燒蝕多孔玻璃內(nèi)部，隨著第一電腦控制并通過(guò)所述的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述的三維平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)手段多孔玻璃(9)運(yùn)動(dòng)，從而加工出三維微流通道；

④將加工完畢之后的多孔玻璃放入爐中進(jìn)行熱處理：以1℃/min的速度上升到1120℃，維持1120℃兩小時(shí)之后，再降溫到常溫。

與以往的技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、成本低廉：相比飛秒激光器，Nd:YAG倍頻激光器價(jià)格非常低廉，能夠廣泛地應(yīng)用于高校和工業(yè)界。

2、狀態(tài)穩(wěn)定：Nd:YAG激光器可以日夜不停歇工作，功率穩(wěn)定。而飛秒激光器對(duì)環(huán)境的要求相對(duì)比較高。