生物医学玻璃的激光微加工

仪器信息网 2020-10-09 427

在生物医学应用领域,芯片实验室可以实现快速诊断。制作芯片实验室(Lab- on-a-chip)或微流控芯片(Microfluidic chip)的材料主要是玻璃,受限于芯片的微尺度特性,在制备过程中,对玻璃进行激光微加工有着很高的要求。

由于其脆性和透明性,玻璃中进行微小的特征加工——玻璃微加工是相当困难的。如果使用常规工具手段,实际上是不可能的,但是超快激光器完全可以胜任这种加工。当脉冲持续时间低于几十皮秒时,激光与材料的相互作用进入冷烧蚀状态,加工质量和精度会变得很高。

常规的微制造方法,例如光刻,压印和软蚀刻,已经用于制备微流体芯片。然而,当要实现具有多功能集成的复杂微流控芯片时,这些方法将面临巨大挑战,因为它们需要太多工艺步骤,并且成本很高。


▲由NKT Photonics的ORIGAMI XP飞秒激光制备的芯片实验室样品

大功率超快激光脉冲穿透玻璃。紧聚焦的飞秒激光脉冲可以经济高效地生产具有多功能的通用微流控芯片。超短脉冲宽度提供了令人难以置信的峰值功率,即使在透明材料中,也可以进行表面和块状材料内部的改性以进行划线。


▲飞秒激光加工的芯片沟道特写

超快激光确保加工的高精度和高质量。通过利用激光的高度空间选择性,可以将相互作用区域精确地设置在材料的特定局部区域。这使得飞秒加工技术可以在透明材料中以微尺度对复杂的三维形状进行非常高分辨率的图案化和雕刻。


▲深度小于10 μm的沟道特写
NKT超快激光器可以实现非常精细的深度和通道宽度控制

飞秒级超短脉冲宽度比材料中的电子-声子耦合过程都短,因此超短的飞秒脉冲宽度,意味着在飞秒时间尺度传递能量,这能很好的抑制热影响区的形成和热损害。这种“冷烧蚀”方式实现了高精度和高分辨率的微加工处理,并具有无与伦比的处理可靠性。紧密聚焦的光束可以在微尺度上非常高分辨率地对复杂形状进行微加工。


▲用ORIGAMI XP飞秒激光处理过的芯片实验室样品的特写
图片展示为芯片中直径约0.6 mm的圆形储集层


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