I. Hvad er en mikrofluidisk chip?
I modsætning til traditionelle chips er en mikrofluidisk chip mere som en "biokemisk reaktionsplatform" i mikrometerskalaen. Specifikt er en mikrofluidisk chip en teknologisk platform, der integrerer grundlæggende operationelle enheder såsom prøveforberedelse, reaktion, adskillelse og detektion fra felter som biologi, kemi og medicin på en "chip" i mikrometerskalaen. Dette muliggør hurtig, effektiv og automatiseret analyse af komplekse biokemiske processer.
Da mikrofluidiske chips har mikroskalastrukturer, udviser væsker og genererer specielle egenskaber, der adskiller sig fra dem i den makroskopiske skala, hvilket fører til udvikling af unikke analytiske kapaciteter.
Mikrofluidiske chips kræver præcis manipulation af små flydende prøver, såsom styring af væskestrøm, blanding, reaktion og detektion. Fra dette perspektiv er kernestrukturer i en mikrofluidisk chip mikrokanaler og mikrohuller. Med andre ord påvirker kvaliteten af fremstilling af mikrokanaler og mikrohuller direkte ydelsen og detektionseffektiviteten af den mikrofluidiske chip.
Ii. Sammenligning af mikrofluidiske chipfremstillingsmetoder (ved hjælp af glasmikrokanaler som et eksempel)
Traditionelle fabrikationsmetoder inkluderer:
1. traditionel mekanisk bearbejdning: tilbøjelig til flisning og revner.
2. Ultrasonisk bearbejdning: Lav effektivitet, med vanskeligheder med at kontrollere fine overfladefunktioner.
3. slibende jet -bearbejdning: Kræver en maske og substrat, hvilket gør det vanskeligt at fremstille mikrokanaler med høje aspektforhold.
4. diamantskæring: Utilstrækkelig præcision og lav bearbejdningseffektivitet.
5. Kemisk ætsning:
- Våd ætsning, på grund af dens isotrope karakter, ætser ikke kun kanaler i dybden, men udvider dem også vandret på overfladen, hvilket forårsager lateral "underbud", der påvirker kanalens præcision.
- Tør ætsning har på den anden side lav behandlingseffektivitet.
III. Fordele ved femtosekund laserbehandling til mikrofluidiske chips
De primære mikroskalastrukturer i mikrofluidiske chips inkluderer blinde riller, blinde huller og mikrohuller. Femtosekund laserbehandling, som en banebrydende mikro/nano-fabrikationsteknologi, giver fordele såsom høj præcision, ikke-kontaktbehandling, bred materiale tilpasningsevne og hurtig behandlingshastighed. Disse funktioner gør det særligt velegnet til ætsning af mikrostrukturer i mikrofluidiske chips.
Nedenfor analyserer vi fordelene ved femtosecond -laserbehandling baseret på nøglekvalitetsmetrics for mikrofluidiske chips:
1. Dimensionel og formnøjagtighed af mikrokanaler og mikrohuller: Mikrofluidiske chips kræver ekstremt høj præcision i dimensioner og former af mikrokanaler og mikrohuller, da disse direkte påvirker væskestrømningsegenskaber og reaktionseffektivitet. Som en ultrahøst laser har femtosekundlaseren en pletdiameter på kun et par mikrometer til over ti mikrometer, hvilket muliggør højpræcisionsmateriale ætsning og boring. For eksempel viser behandlingsstandarder fra Shenzhen Monocolor -teknologi, at den dimensionelle nøjagtighed af mikrokanaler og mikrohuller kan kontrolleres inden for ± 1 um, opfylder præcisionskravene i de fleste designs til mikrokanaler og andre komponenter.
(Keramiske mikrofluidiske kanaler: Fremstillingsstudie)
2. Overfladesruhed: Overfladerne af mikrokanaler og mikrohuller er påkrævet for at være glat for at reducere væskestrømningsmodstand, forhindre prøveadsorption og øge detektionsfølsomheden. Femtosekund-lasere, med deres ultra-korte pulsbredder, sikrer gode ætsningsresultater, der minimerer omarbejdning lag, burrs og mikro-cracks. Følgelig kan overfladen ruhed af konventionelle blinde riller og blinde huller kontrolleres inden for 0. 4μm, hvilket effektivt opfylder fabrikationskravene til mikrofluidiske chips.
3. Materiel tilpasningsevne: Ud over glas fremstilles mikrofluidiske chips fra en lang række materialer, herunder polymere materialer (f.eks. Pi -film, PDMS -film), silicium og keramik. Derfor skal fremstillingen af mikrofluidiske chips rumme egenskaberne ved forskellige materialer. Femtosekundlasere, med deres ekstremt høje spidsstyrke, kan øjeblikkeligt fjerne materialer, hvilket gør dem velegnede til behandling af forskellige materialer. Uanset om det er silicium, glas eller filmbaserede materialer, kan femtosekund lasere bruges til at fremstille mikrokanaler og blinde huller.
(PDMS -membranmikrohuller: Fremstillingsstudie)
Konklusion
Femtosekund laserteknologi har revolutioneret fremstillingen af mikrofluidiske chips, som er vigtige værktøjer inden for biologi, kemi og medicin. Udførelsen af disse chips afhænger stærkt af præcisionen af deres mikrokanaler og mikrohuller, en standard, som traditionelle fremstillingsmetoder ofte ikke opfylder på grund af begrænsninger i nøjagtighed, effektivitet og materialekompatibilitet.
I modsætning hertil tilbyder femtosekund laserbehandling betydelige fordele, herunder høj præcision, ikke-kontakt-drift, bred materiale tilpasningsevne og minimal overfladegruhed. Ved nøjagtigt at kontrollere dimensioner og former af mikrokanaler og mikrohuller, optimere overfladegruhed og rumme forskellige materialer (såsom glas, silicium og polymerer), giver femtosekundlasere en pålidelig løsning til den komplekse design og effektive produktion af mikrofluidiske chips.
Når man ser fremad, når femtosekund laserteknologi fortsætter med at gå videre, forventes dens anvendelser inden for mikrofluidiske chips at udvide, hvilket driver innovation og bredere vedtagelse inden for områder som præcisionsmedicin, miljøovervågning og bioanalyse.