[發(fā)明專利]一種面向微通道的表面薄膜制備裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410280963.1
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104030236A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳堅;王凱;陳濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，尤其涉及用于微通道表面改性的工作，屬于光學(xué)、流體力學(xué)、微流控芯片領(lǐng)域。

背景技術(shù)

從微全分析系統(tǒng)(Miniaturized?Total?Analysis?Systems?μ-TAS)的概念被提出，到今天為止已發(fā)展成為當前世界最前沿科技研究領(lǐng)域之一。它的實質(zhì)是通過化學(xué)分析設(shè)備的微型化與集成化，最大限度地把分析實驗室的功能轉(zhuǎn)移到便攜的分析設(shè)備中，甚至集成到方寸大小的芯片上。

目前μ-TAS系統(tǒng)的核心技術(shù)是微流控技術(shù)(Microfluidics)，為了使在芯片系統(tǒng)中的微泵，微閥和微分離檢測系統(tǒng)等微器件全自動化工作，微流控芯片系統(tǒng)中必須用各種不同類型的微通道構(gòu)成各微元器件工作系統(tǒng)，因此，研究不同類型的微通道和改進其性能，對μ-TAS有重要的科學(xué)意義和價值。

多數(shù)微流控芯片因生物微機電系統(tǒng)(BioMEMS)加工技術(shù)成熟而多采用玻璃、石英或者硅作為基板進行制作。因其價格低廉易于加工的特性，聚合物基底如PMMA材料在BioMEMS中占了越來越多的比重。準分子或CO₂激光因其加工速度快，加工方案設(shè)計可隨時更改，使其成為以PMMA為基板的微流控芯片微通道加工中一種重要的方法。

在實驗室的前期研究中，使用過準分子激光和CO₂激光成功地加工出了以PMMA作為基板的微流控PCR芯片。在實際的生物實驗中發(fā)現(xiàn)，由于微流道的表面粗糙度影響PCR試劑在通道中的流速，因此對微流控PCR芯片的擴增效果也會產(chǎn)生影響。

研究表明，微通道的內(nèi)壁形狀和尺寸，表面粗糙度和親水性等物理量，會影響影響微通道內(nèi)微流體的流體力學(xué)性能。因此使用簡單技術(shù)使微通道的內(nèi)壁面的粗糙度和親水性等物理量改善，在小工作壓力條件下而獲得高流速，對進一步的“功能集成與結(jié)構(gòu)縮微”具有關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)性的科學(xué)意義和實用價值。

為了進一步提高通道中的流速，利用微流道的表面粗糙度主要受激光能量密度和工作臺的移動速度影響的現(xiàn)象，改善微流道的表面粗糙度和親水性等物理量，又研究了準分子激光拋光對表面粗糙度和親水性等物理量改善。去年利用脈沖激光沉積(PLD)銳鈦相TiO₂薄膜的技術(shù)，研究改善微流道表面粗糙度和親水性等物理量。上述兩種工藝方法對改善微流道表面粗糙度的有一定的作用，但還存在一些問題。

準分子激光拋光可以使拋光前表面粗糙度Ra為2.66μm的微通道在10個脈沖拋光后，表面粗糙度下降到1.58μm，但并未實現(xiàn)納米級；而使用脈沖激光沉積(PLD)銳鈦相TiO₂薄膜工藝，盡管微通道沉積TiO₂薄膜的厚度和顆粒大小分別約為200nm和25nm(表面粗糙度Ra大約估計為60-50nm)，但其工藝是一種“非選擇性”微加工工藝，即需要薄膜和不需要薄膜都沉積上了薄膜，而且工藝復(fù)雜，加工環(huán)境要求和成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，該裝置克服了傳統(tǒng)薄膜制備的工藝復(fù)雜、加工環(huán)境要求高、成本昂貴的缺點，同時，基于氣壓激光固化涂層制備薄膜并對微流控PCR芯片中的激光加工微通道，可對其表面粗糙度和親水性進行改性設(shè)計。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，該裝置包括支架、激光輸出頭、風力輸出頭、微通道基片、透光擋板、UV膠層；其中，風力輸出頭包括通風管、通風小孔；所述微通道基片的微通道表面處涂有UV膠層；激光輸出頭固定在支架頂端且垂直照射在微通道基片的微通道表面處，風力輸出頭安裝在支架側(cè)邊的滑槽上且可沿滑槽移動；透光擋板一端固定在微通道基片的微通道表面凸起處，另一端固定在支架上，所述透光擋板與微通道基片水平夾角為θ(20°≤θ≤60°)；激光輸出頭的激光輸出端安裝有光圈，根據(jù)微通道基片1的微通道寬度可調(diào)節(jié)光圈的大小，從而實現(xiàn)對微通道基片的光通量、光斑大小進行控制調(diào)節(jié)；所述通風管中間設(shè)置有通風小孔，通風管輸出的風可沿著透光擋板吹到UV膠層表面，根據(jù)需要的UV膠層厚度和微通道寬度來調(diào)節(jié)風力壓強大小。

激光輸出頭的光線通過光圈照到微通道表面覆蓋的UV膠層上，根據(jù)微通道基片的微通道寬度來自動調(diào)節(jié)光圈大小控制光通量、光斑大小，風通過通風道沿著一個透光擋板吹到UV膠層表面，根據(jù)需要的UV膠層厚度和微通道寬度來調(diào)節(jié)風力壓強大小；光圈大小由光圈驅(qū)動線圈和控制制動線圈來控制光圈的開口大小，風力壓強大小由步進電機控制通風管沿支架的滑槽移動，計算機操控步進電機來控制并由壓力傳感裝置以及壓力閥一起控制風力壓強大小。