CN105690761A - 适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法 - Google Patents

Abstract

适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法，所述管道包括N个检测物入口，M个检测物出口，太赫兹检测区，入口管道，出口管道。芯片制作基于3D打印技术，包含以下步骤：步骤1)设计微流体管道三维模型；步骤2)将三维模型文件保存为STL格式；步骤3)检查STL格式模型是否满足3D打印模型准则，若不符合，使用该软件对模型进行修正并重复步骤3)；步骤4)文件输入打印机控制软件并选择打印参数；步骤5)3D打印机打印微流体管道。实现了针对不同检测样品及研究目的快速的定制适合的微流体管道，使管道适用于太赫兹检测的同时，解决小批量生产费用昂贵，流程复杂的问题。

Description

适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法

技术领域：

本发明涉及一种3D实物打印成型技术，具体涉及适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法

背景技术：

太赫兹波(terahertz，THz)是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，介于微波和红外之间，具有低能性、瞬时性、敏锐性、高信噪比等特点，这些特点使得太赫兹在物质检测方面有很重要的应用，但极性分子对太赫兹波的吸收极强，透过极性分子含量较大的样品时，厚度较大的样品会导致透射的太赫兹波信号急剧下降，难以接收到带有样品信息的透射太赫兹波。并且在探测时，不同样品和检测目对样品池的厚度要求、对管道构造以及管道直径的要求各不相同，需要个性化定制微流体管道。

管道直径在500微米以下的微流体管道在实际生产中成本是很高的，工厂加工微流体管道时流程复杂，由于针对太赫兹波探测的实验对管道精度的要求，工艺难度加大，并且对这种适用于实验室内太赫兹波检测的的微流体管道的需求不是批量化的，工厂进行加工时需要针对特定形状、尺度的样品池进行开模，特定模具的制造增加了样品池的制作成本和制作流程的复杂程度。

与传统“铣削”加工相比，3D打印技术能够更精确、更通用、更简单及更省材地将复杂设计变成实体物品，具有两个显著的优势：①一次成型、净成型的加工模式可以大幅度提高材料利用率，且制造不需要原坯和模具，从而减少了时间和成本开销，能够显著缩短设计验证和生产周期；②能够制造非常复杂的物体，包括传统加工手段无法实现的高复杂度结构，在目前的发展阶段是适合小批量生产复杂结构模型的一项技术。

发明内容：

本发明的目的在于为了解决针对不同样品，制作不同的适用于太赫兹检测的微流体芯片难度大、流程复杂、成本高的问题而提供一种适用于太赫兹检测的微流体芯片及其利用快速制作的方法，实现了针对不同检测样品快速的定制适合的微流体管道，减小管道直径过大或管道过厚对太赫兹波的吸收，使管道适用于太赫兹检测的同时，解决了小批量生产费用昂贵，流程复杂的问题。

适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法，所述芯片制作方法基于3D打印技术，具体包含以下步骤：步骤1)使用计算机辅助设计软件设计微流体芯片装置三维模型；步骤2)将三维模型文件保存为STL格式；步骤3)使用3D打印模型检测软件检测STL格式的微流体管道三维模型是否满足3D打印模型设计准则，若不符合，使用该软件对STL格式文件进行修正并重复步骤3)；步骤4)符合模型设计原则或修正后的模型文件输入打印机控制软件，选择打印参数；步骤5)3D打印机打印微流体管道。

在上述技术方案中，所述3D打印模型检测软件是NetFabb，或是Magics。

在上述技术方案中，所述3D打印模型设计准则是：模型封闭；模型壁厚不为零且大于打印机分辨率；模型间隔大于打印机分辨率；面的法向指向正确；模型尺寸小于打印机尺寸限制。

在上述技术方案中，所述适用于太赫兹检测的微流体芯片装置包括N个检测物入口，入口管道，太赫兹检测区，出口管道，M个的检测物出口，所述太赫兹检测区一端通过入口管道与检测物入口连接，另一端通过出口管道与检测物出口连接。

在上述技术方案中，所述入口管道截面为圆形，连接检测物入口的一端到太赫兹检测区的一端直径递减；所述出口管道截面为圆形，连接太赫兹检测区的一端到检测物出口的一端直径递增。

在上述技术方案中，所述适用于太赫兹检测的微流体芯片装置总体厚度为300μm～10mm，所述太赫兹检测区壁厚是100μm～5mm；管道截面是圆形，其直径为100μm～500μm，或是方形，其边长为100μm～500μm。

本发明的有益效果在于，采用3D打印技术，通过计算机辅助设计工具根据后续实验需求个性化的设计不同的微流体管道，并且在打印前进行模型错误的全面检查，避免了材料的浪费和对3D打印机本身的损伤，保证模型设计阶段由于模型复杂而产生的问题不会影响最终打印，避免了传统工艺加工微流体管道时流程复杂，费用高的问题，实现针对不同检测样品快速的定制适用于太赫兹检测的微流体芯片。

附图说明：

图1是快速制作适用于太赫兹检测的微流体芯片的方法流程图

图2是本发明实施例1的微流体芯片装置示意图

图3是本发明另一实施例的微流体芯片装置示意图

1.1-检测物入口1.2-入口管道1.3-太赫兹检测区1.4-出口管道2.3-三角太赫兹检测区2.4-直行管道1.5-检测物出口。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1所示，适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法，在使用本发明时包含以下步骤：

步骤1)：使用ProE设计软件设计微流体管道三维模型。

参见图2所示，所述芯片装置包含两个检测物入口(1.1)和一个检测物出口(1.5)，直径均为1mm～5mm，举例说明，直径是3mm，检测物入口(1.1)和检测物出口(1.5)分别经由一直径逐渐减小的入口管道(1.2)和一直径逐渐增大的入口管道(1.4)连接在管道的太赫兹检测区(1.3)的两侧，太赫兹检测区(1.3)的厚度均匀且在100μm～500μm，举例说明，厚度为100μm。

步骤2)：将三维模型文件保存为STL格式。具体操作时，在ProE软件中选择File(文件)-＞Export(输出)-＞Model(模型)，或者选择File(文件)-＞SaveaCopy(另存一个复件)-＞选择.STL格式。

然后设定弦高为0，该值会被系统自动设定为可接受的最小值，再设定AngleControl(角度控制)为1。

步骤3)：使用3D打印模型检测软件Magics检查STL格式的微流体管道三维模型是否满足3D打印模型设计准则。所述的3D打印模型设计准则是：

1)模型封闭；

2)模型壁厚不为零且大于打印机分辨率；

3)模型间隔大于打印机分辨率；

4)面的法向指向正确；

5)模型尺寸小于打印机尺寸限制。

若不符合上述准则的任意一则，则在3D打印模型检测软件对STL格式文件进行修正并重复步骤3)直至不存在错误。

步骤4)：符合模型设计原则或修正后符合设计原则的模型文件输入打印机控制软件，选择打印参数，填充度选择打印机最高参数，打印速度和层厚选择打印机最小参数。

步骤5)：3D打印机完成微流体管道的打印。

本实施例可以快速制造使用场合广泛的、可与其他装置耦合的微流体管道，降低开模带来的流程复杂化以及费用的增加。

实施例2

参见图3所示，适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法，基本方法和步骤与实施例1相同，区别在于进行本发明步骤1)使用计算机辅助设计软件设计微流体芯片装置三维模型时，微流体芯片装置包含一个检测物入口(1.1)以及一条连接太赫兹检测区(1.3)的入口管道(1.2)，两个检测物出口(1.5)，所述太赫兹检测区(1.3)包含截面是等腰三角形的三角太赫兹检测区(2.3)以及厚度均匀加大的直行管道(2.4)。

本实施例可以实现快速制作适用于太赫兹检测样品通过不同角度和管径的弯道后速度流型的变化的微流体管道，达到快速成型，降低费用的目的。

本发明是基于现有技术进行了改进，故实施过程中借鉴了现有技术，限于篇幅，未对现有技术部分进行详细描述；凡是本发明未提及的技术部分，均可以采用现有技术实现。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡在本发明的精神和原则之内，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.适用于太赫兹检测的微流体芯片装置及其快速制作方法，其特征在于，所述芯片制作方法基于3D打印技术，具体包含以下步骤：步骤1)使用计算机辅助设计软件设计微流体芯片装置三维模型；步骤2)将三维模型文件保存为STL格式；步骤3)使用3D打印模型检测软件检测STL格式的微流体管道三维模型是否满足3D打印模型设计准则，若不符合，使用该软件对STL格式文件进行修正并重复步骤3)；步骤4)符合模型设计原则或修正后的模型文件输入打印机控制软件，选择打印参数；步骤5)3D打印机打印微流体管道。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D打印模型检测软件是NetFabb，或是Magics。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3D打印模型设计准则是：模型封闭；模型壁厚不为零且大于打印机分辨率；模型间隔大于打印机分辨率；面的法向指向正确；模型尺寸小于打印机尺寸限制。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述适用于太赫兹检测的微流体芯片装置包括N个检测物入口，入口管道，太赫兹检测区，出口管道，M个的检测物出口，所述太赫兹检测区一端通过入口管道与检测物入口连接，另一端通过出口管道与检测物出口连接。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述入口管道截面为圆形，连接检测物入口的一端到太赫兹检测区的一端直径递减；所述出口管道截面为圆形，连接太赫兹检测区的一端到检测物出口的一端直径递增。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述适用于太赫兹检测的微流体芯片装置总体厚度为300μm～10mm，所述太赫兹检测区壁厚是100μm～5mm；管道截面是圆形，其直径为100μm～500μm，或是方形，其边长为100μm～500μm。