微流控芯片中功能化器件的制备研究

【摘要】：1990年，瑞士科学家的Manz和Widmer首次提出了微全分析系统（MiniaturizedTotal Analysis Systems，μTAS）的概念，并以样品分析和测试集成化、微型化为目标发展起来，微流控芯片同时成为微全分析系统发展的热点领域。随着人们对该项技术的全面认知，该项前沿技术的发展已经得到全世界的瞩目,引起了学术界、产业界的广泛重视。正因为微流控芯片的诸多优势，使得微流控芯片在化学、物理、医学、机械等领域有着广泛的应用，对科技发展进步产生重大影响。随着微流控芯片的发展，人们对微流控芯片的材料、结构、性能有了更高的要求，希望微流控芯片有更好的生物兼容性，更高的通量，更高的集成度，更复杂的三维立体结构，而利用传统的湿法腐蚀、电子束刻蚀、X射线衍射刻蚀、软光刻、原位成型法、注塑成型LIGA技术等技术制作微流控芯片工艺是不能够满足的，甚至是无法实现三维微流控芯片的制作的。 随着微电子技术的发展，微机电系统的尺寸已经达到微米尺寸，人们已经开始关注更精细的尺寸，更复杂的结果，甚至是三维结构，飞秒激光微纳加工技术的出现得到了广大学术工作者的关注与青睐。利用飞秒激光微纳加工技术对微流控芯片进行“二次加工”，能够实现局部三维微流控芯片微通道的制作。飞秒激光微纳加工技术在微流控芯片新功能集成、芯片修补、芯片优化等方面有着巨大的潜在优势及可行性。 实验中，我们利用传统湿法腐蚀技术制作了形貌良好、深宽比适中的十字交叉图案微流控芯片用于“二次加工”制备微流控芯片功能化器件——聚合物(SU-82075)分流器，实现相互连通的微通道的液体流动互不影响的功能，以达到三维微流控芯片制作的目的。首先利用氢氟酸缓冲液HF：NH_4F：超纯水=3mL：20g：30mL腐蚀金属保护层掩膜的K9玻璃得到宽80微米、深20微米的十字交叉微通道，掌握了氢氟酸缓冲液腐蚀玻璃的基本原理，得到了利用退火工艺步骤以提高金属保护层粘附性对成功制作微流控芯片至关重要的结论。利用本实验室自行搭建的飞秒激光微纳加工系统将飞秒激光聚焦在微流控芯片微通道上光刻胶中引发双光子聚合，从微通道十字交叉位置进行加工聚合物分流器，控制通道内整个加工过程由CCD摄像头实时监控，激光焦点按照提前输入电脑控制程序的分流器点数据逐点逐层扫描完成微加工。“二次加工”后的微流控芯片封装测试成功验证聚合物分流器的功能，罗丹明B乙醇溶液及亚甲基蓝乙醇溶液可以同时通过聚合物分流器，完全互不影响，实现了制作三维微流控芯片的目标。 飞秒激光微纳加工技术在微流控芯片领域中的应用才刚刚开始，鉴于飞秒激光微纳加工技术优异的特性，及加工三维微纳器件的可设计性、可控性等特点，利用其可以制备微流控芯片中功能化单元，展示巨大的应用潜力和诱人的发展前景。我们相信飞秒激光微纳加工技术对微流控芯片更高层次的发展必将有着突出的贡献。