[發明專利]面向微流體系統的玻璃基仿生微通道加工裝置及加工方法

有效

• 申請號: 201310070706.0
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103121660A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 田桂中;周宏根;景旭文;李濱城;李磊;張高朋;顧明文
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

????本發明屬于微納加工與微流體器件技術及其裝備領域，涉及基于玻璃軟化成型工藝的仿生微納通道加工裝置及其加工方法，尤其適用于制作微流控芯片、微混合器、微量檢測等微流體系統的微通道。

背景技術

????近年來，微流體系統在生物、醫療、微化工、環境檢測等領域得到了廣泛應用，對其性能、精度、成本等方面提出了越來越苛刻的要求。微流體系統通常由微驅動源、微流路（包括微通道與進出接口）、微閥、儲液池、混合（反應）室等單元組成，其中微通道具有其它單元的連接和替代功能，可執行流體輸運、操作、處理等操作，是微流體系統的核心元件。

目前，微通道加工工藝可分為三種類型：第一類是基于蝕刻、光刻、腐蝕等技術的微機械加工工藝（[1]Verpoorte?E,?De?Rooij?NF.?Microfluidics?meets?MEMS[J].Proceedings?of?the?IEEE,?2003,?91(6)：930-953.?[2]林金明，李海芳.高聚物微流控芯片的制備方法[P].中國專利：ZL200410042716.4，2009-07-01.），適合于硅及其氧化物、玻璃、高聚物等材料的微通道加工，可達微米或亞微米量級，但微通道截面形狀包括三角形、矩形和半圓形三種；第二類是用于高分子聚合物的熱壓印和熱鍵合技術（李經民.學位論文：熱塑性聚合物立體結構微流控器件制作方法及相關理論研究[D].大連：大連理工大學，2012（3）.），所加工微通道截面形狀與微機械加工工藝的類似，單件成本較低，但尺寸精度較低，且冷卻脫模時會產生變形或應力集中；第三類是基于玻璃熱變形的毛細管拉制工藝（張曉樂，侯麗雅，章維一.玻璃三通微流體管道熱流變拉制儀設計及實驗[J].光學?精密工程，2008，16（9）：1706-1711.），可制作尺寸單一的圓形截面微管道，尺寸達亞微米量級，但缺少儲液池、混合（反應）室等功能單元，且系統封裝難度大。總體上，現有微通道加工工藝包括成型、鍵合和封裝這三道工序，軸線僅能在平面內呈直線或折線分布，截面形狀多呈三角形、矩形或半圓形，剛性表面粗糙不均，造成流動阻力較大，是影響微流體系統性能的重要因素。

上述三種微通道加工工藝的裝備均以基本成熟，微機械加工需使用圓晶生長裝置、化學腐蝕裝置、真空蒸發系統、離子濺射儀、氣相沉積儀和光刻機等重大設備，其加工環境、精度等方面要求高，制造難度大，成本高，依賴進口。熱壓印和熱鍵合技術的裝備主要是針對高分子聚合物的熱壓印成形與鍵合裝置（溫敏.學位論文：塑料微流控芯片微通道熱壓成形及鍵合工藝研究[J].大連：大連理工大學，2005（3）.），該裝置以機械機構為主體，輔以溫控系統，國內自主研制，成本較低，但加工工藝參數的精確設置難度較大，且被加工零件的精度和強度提高較難。玻璃毛細管拉制成形工藝裝備多處于自主研制階段（穆莉莉，侯麗雅，章維一.石英微流體器件制備儀的研制與實驗研究[J].中國機械工程，2010，21（13）：1581-1585.），可進行拉制、鍛制、開孔、焊接等操作，但所加工微器件多為較短的微針，且開孔、焊接等操作均以宏觀玻璃毛細管為對象。

而自然界中普遍存在的生物微通道，如家蠶絲腺、血液循環系統（尤指毛細血管）等，截面均呈規整圓形，尺寸在毫米至納米范圍內連續變化，各部位材料的組織、性質均勻一致，但其內部具有優異的流動性能，對人工微通道研究具有良好的啟示作用，研制適合于仿生微納通道加工的專用裝備具有重要的科學意義和應用價值。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提出一種面向微流體系統的玻璃基仿生微納通道加工裝置及加工方法，結合仿生微納通道結構特點與玻璃熱加工工藝，以毫米級玻璃毛細管為毛坯，通過拉伸細化、軟化吹制和軟化收縮等方法，加工出具有不同功能單元的玻璃基仿生微通道，可精確加工出符合微流體系統應用要求的微納通道，且加工裝置結構簡單、成本低廉。

技術方案：為解決上述技術問題，一種面向微流體系統的玻璃基仿生微通道加工裝置，包括玻璃毛細管、與玻璃毛細管連接的左夾持器和右夾持器，所述玻璃毛細管一端通過電磁調壓閥、過濾器與高壓氣源連接，玻璃毛細管另一端密封并與電磁控制閥連接，左夾持器和右夾持器分別位于同軸的左滑塊和右滑塊上，玻璃毛細管中間部位設有加熱器件，所述加熱器件與調壓器連接，所述調壓器與電源連接，左滑塊、右滑塊和加熱器件分別固定在第一傳動平臺、第二傳動平臺和第三傳動平臺上，所述第一傳動平臺、第二傳動平臺、第三傳動平臺、電磁調壓閥和電磁控制閥都與中心處理器連接，玻璃毛細管內部的壓力可通過電磁電壓閥調節。