CN104030236A - 一种面向微通道的表面薄膜制备装置 - Google Patents

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Abstract

一种面向微通道的表面薄膜制备装置，尤其涉及用于微通道表面改性的工作，属于光学、流体力学、微流控芯片领域。该装置包括支架、激光输出头、风力输出头、微通道基片、透光挡板、UV胶层；其中，风力输出头包括通风管、通风小孔；该装置克服了传统薄膜制备的工艺复杂、加工环境要求高、成本昂贵的缺点，同时，基于气压激光固化涂层制备薄膜并对微流控PCR芯片中的激光加工微通道，可对其表面粗糙度和亲水性进行改性设计。

Description

一种面向微通道的表面薄膜制备装置
技术领域
本发明涉及一种面向微通道的表面薄膜制备装置，尤其涉及用于微通道表面改性的工作，属于光学、流体力学、微流控芯片领域。
背景技术
从微全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems μ-TAS)的概念被提出，到今天为止已发展成为当前世界最前沿科技研究领域之一。它的实质是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到方寸大小的芯片上。
目前μ-TAS系统的核心技术是微流控技术(Microfluidics)，为了使在芯片系统中的微泵，微阀和微分离检测系统等微器件全自动化工作，微流控芯片系统中必须用各种不同类型的微通道构成各微元器件工作系统，因此，研究不同类型的微通道和改进其性能，对μ-TAS有重要的科学意义和价值。
多数微流控芯片因生物微机电系统(BioMEMS)加工技术成熟而多采用玻璃、石英或者硅作为基板进行制作。因其价格低廉易于加工的特性，聚合物基底如PMMA材料在BioMEMS中占了越来越多的比重。准分子或CO2激光因其加工速度快，加工方案设计可随时更改，使其成为以PMMA为基板的微流控芯片微通道加工中一种重要的方法。
在实验室的前期研究中，使用过准分子激光和CO2激光成功地加工出了以PMMA作为基板的微流控PCR芯片。在实际的生物实验中发现，由于微流道的表面粗糙度影响PCR试剂在通道中的流速，因此对微流控PCR芯片的扩增效果也会产生影响。
研究表明，微通道的内壁形状和尺寸，表面粗糙度和亲水性等物理量，会影响影响微通道内微流体的流体力学性能。因此使用简单技术使微通道的内壁面的粗糙度和亲水性等物理量改善，在小工作压力条件下而获得高流速，对进一步的“功能集成与结构缩微”具有关键技术基础性的科学意义和实用价值。
为了进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台的移动速度影响的现象，改善微流道的表面粗糙度和亲水性等物理量，又研究了准分子激光抛光对表面粗糙度和亲水性等物理量改善。去年利用脉冲激光沉积(PLD)锐钛相TiO2薄膜的技术，研究改善微流道表面粗糙度和亲水性等物理量。上述两种工艺方法对改善微流道表面粗糙度的有一定的作用，但还存在一些问题。
准分子激光抛光可以使抛光前表面粗糙度Ra为2.66μm的微通道在10个脉冲抛光后，表面粗糙度下降到1.58μm，但并未实现纳米级；而使用脉冲激光沉积(PLD)锐钛相TiO2薄膜工艺，尽管微通道沉积TiO2薄膜的厚度和颗粒大小分别约为200nm和25nm(表面粗糙度Ra大约估计为60-50nm)，但其工艺是一种“非选择性”微加工工艺，即需要薄膜和不需要薄膜都沉积上了薄膜，而且工艺复杂，加工环境要求和成本高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种面向微通道的表面薄膜制备装置，该装置克服了传统薄膜制备的工艺复杂、加工环境要求高、成本昂贵的缺点，同时，基于气压激光固化涂层制备薄膜并对微流控PCR芯片中的激光加工微通道，可对其表面粗糙度和亲水性进行改性设计。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种面向微通道的表面薄膜制备装置，该装置包括支架、激光输出头、风力输出头、微通道基片、透光挡板、UV胶层；其中，风力输出头包括通风管、通风小孔；所述微通道基片的微通道表面处涂有UV胶层；激光输出头固定在支架顶端且垂直照射在微通道基片的微通道表面处，风力输出头安装在支架侧边的滑槽上且可沿滑槽移动；透光挡板一端固定在微通道基片的微通道表面凸起处，另一端固定在支架上，所述透光挡板与微通道基片水平夹角为θ(20°≤θ≤60°)；激光输出头的激光输出端安装有光圈，根据微通道基片1的微通道宽度可调节光圈的大小，从而实现对微通道基片的光通量、光斑大小进行控制调节；所述通风管中间设置有通风小孔，通风管输出的风可沿着透光挡板吹到UV胶层表面，根据需要的UV胶层厚度和微通道宽度来调节风力压强大小。
激光输出头的光线通过光圈照到微通道表面覆盖的UV胶层上，根据微通道基片的微通道宽度来自动调节光圈大小控制光通量、光斑大小，风通过通风道沿着一个透光挡板吹到UV胶层表面，根据需要的UV胶层厚度和微通道宽度来调节风力压强大小；光圈大小由光圈驱动线圈和控制制动线圈来控制光圈的开口大小，风力压强大小由步进电机控制通风管沿支架的滑槽移动，计算机操控步进电机来控制并由压力传感装置以及压力阀一起控制风力压强大小。
通风管可以在控制下沿支架滑槽移动，输入的风力压强可以自由控制，通过调节光圈的大小来控制通过的光斑大小使其和微通道宽度相匹配，风力压强、光圈大小均由计算机控制。
本装置在微通道表面覆盖一层UV薄膜，可以有效地通过风力部分控制微通道的表面形状，更容易制作出具有一定形状的微通道，可以更容易的改善表面粗糙度物理特性。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明方便、准确，可根据实际需求制定光圈大小和风力压强，具有自主性且加工简单。
2、具有可控制性，传统微通道加工是靠着晶体自主生长的方式，本加工装置可直接加工微通道表面，
3、可加工出一定范围的内表面形态，可以改变风力的大小来改变UV胶的分布，从而改变内表面形态。
附图说明
图1是该装置的示意图。
图2为本装置的控制结构图。
图中：1、微通道基片，2、通风管，3、通风小孔，4、透光挡风板，5、UV胶层。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-2所示，一种面向微通道的表面薄膜制备装置，该装置包括支架、激光输出头、风力输出头、微通道基片1、透光挡板4、UV胶层5；其中，风力输出头包括通风管2、通风小孔3；所述微通道基片1的微通道表面处涂有UV胶层5；激光输出头固定在支架顶端且垂直照射在微通道基片1的微通道表面处，风力输出头安装在支架侧边的滑槽上且可沿滑槽移动；透光挡板4一端固定在微通道基片1的微通道表面凸起处，另一端固定在支架上，所述透光挡板4与微通道基片1水平夹角为θ(20°≤θ≤60°)；激光输出头的激光输出端安装有光圈，根据微通道基片1的微通道宽度可调节光圈的大小，从而实现对微通道基片1的光通量、光斑大小进行控制调节；所述通风管2中间设置有通风小孔3，通风管2输出的风可沿着透光挡板4吹到UV胶层5表面，根据需要的UV胶层5厚度和微通道宽度来调节风力压强大小。
激光输出头的光线通过光圈照到微通道表面覆盖的UV胶层5上，根据微通道基片1的微通道宽度来自动调节光圈大小控制光通量、光斑大小，风通过通风道2沿着一个透光挡板4吹到UV胶层5表面，根据需要的UV胶层5厚度和微通道宽度来调节风力压强大小；光圈大小由光圈驱动线圈和控制制动线圈来控制光圈的开口大小，风力压强大小由步进电机控制通风管2沿支架的滑槽移动，计算机操控步进电机来控制并由压力传感装置以及压力阀一起控制风力压强大小。
通风管2可以在控制下沿支架滑槽移动，输入的风力压强可以自由控制，通过调节光圈的大小来控制通过的光斑大小使其和微通道宽度相匹配，风力压强、光圈大小均由计算机控制。
本发明所述的UV胶层5采用使用美国Norland公司的紫外固化光学胶NOA61；本装置在微通道表面覆盖一层UV薄膜，可以有效地通过风力部分控制微通道的表面形状，更容易制作出具有一定形状的微通道，可以更容易的改善表面粗糙度物理特性。
根据提前编写好的程序，使得激光输入及风里输入对准微通道，使输入小孔与微通道能够同步运动，在风力的压力下以及光的作用下直接进行对铺在微通道表面的UV胶的一个铺展固化。

Claims (2)

1.一种面向微通道的表面薄膜制备装置，其特征在于：该装置包括支架、激光输出头、风力输出头、微通道基片(1)、透光挡板(4)、UV胶层(5)；其中，风力输出头包括通风管(2)、通风小孔(3)；所述微通道基片(1)的微通道表面处涂有UV胶层(5)；激光输出头固定在支架顶端且垂直照射在微通道基片(1)的微通道表面处，风力输出头安装在支架侧边的滑槽上且可沿滑槽移动；透光挡板(4)一端固定在微通道基片(1)的微通道表面凸起处，另一端固定在支架上，所述透光挡板(4)与微通道基片(1)水平夹角为θ；激光输出头的激光输出端安装有光圈，根据微通道基片(1)的微通道宽度可调节光圈的大小，从而实现对微通道基片(1)的光通量、光斑大小进行控制调节；所述通风管(2)中间设置有通风小孔(3)，通风管(2)输出的风可沿着透光挡板(4)吹到UV胶层(5)表面，根据需要的UV胶层(5)厚度和微通道宽度来调节风力压强大小；
激光输出头的光线通过光圈照到微通道表面覆盖的UV胶层(5)上，根据微通道基片(1)的微通道宽度来自动调节光圈大小控制光通量、光斑大小，风通过通风道(2)沿着一个透光挡板(4)吹到UV胶层(5)表面，根据需要的UV胶层(5)厚度和微通道宽度来调节风力压强大小；光圈大小由光圈驱动线圈和控制制动线圈来控制光圈的开口大小，风力压强大小由步进电机控制通风管(2)沿支架的滑槽移动，计算机操控步进电机来控制并由压力传感装置以及压力阀一起控制风力压强大小。
2.根据权利要求1所述的一种面向微通道的表面薄膜制备装置，其特征在于：水平夹角为θ的范围为，20°≤θ≤60°。
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