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      2. 生物醫學玻璃的激光微加工

        儀器信息網 2020-10-09 442

        在生物醫學應用領域,芯片實驗室可以實現快速診斷。制作芯片實驗室(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,在制備過程中,對玻璃進行激光微加工有著很高的要求。

        由于其脆性和透明性,玻璃中進行微小的特征加工——玻璃微加工是相當困難的。如果使用常規工具手段,實際上是不可能的,但是超快激光器完全可以勝任這種加工。當脈沖持續時間低于幾十皮秒時,激光與材料的相互作用進入冷燒蝕狀態,加工質量和精度會變得很高。

        常規的微制造方法,例如光刻,壓印和軟蝕刻,已經用于制備微流體芯片。然而,當要實現具有多功能集成的復雜微流控芯片時,這些方法將面臨巨大挑戰,因為它們需要太多工藝步驟,并且成本很高。


        ▲由NKT Photonics的ORIGAMI XP飛秒激光制備的芯片實驗室樣品

        大功率超快激光脈沖穿透玻璃。緊聚焦的飛秒激光脈沖可以經濟高效地生產具有多功能的通用微流控芯片。超短脈沖寬度提供了令人難以置信的峰值功率,即使在透明材料中,也可以進行表面和塊狀材料內部的改性以進行劃線。


        ▲飛秒激光加工的芯片溝道特寫

        超快激光確保加工的高精度和高質量。通過利用激光的高度空間選擇性,可以將相互作用區域精確地設置在材料的特定局部區域。這使得飛秒加工技術可以在透明材料中以微尺度對復雜的三維形狀進行非常高分辨率的圖案化和雕刻。


        ▲深度小于10 μm的溝道特寫
        NKT超快激光器可以實現非常精細的深度和通道寬度控制

        飛秒級超短脈沖寬度比材料中的電子-聲子耦合過程都短,因此超短的飛秒脈沖寬度,意味著在飛秒時間尺度傳遞能量,這能很好的抑制熱影響區的形成和熱損害。這種“冷燒蝕”方式實現了高精度和高分辨率的微加工處理,并具有無與倫比的處理可靠性。緊密聚焦的光束可以在微尺度上非常高分辨率地對復雜形狀進行微加工。


        ▲用ORIGAMI XP飛秒激光處理過的芯片實驗室樣品的特寫
        圖片展示為芯片中直徑約0.6 mm的圓形儲集層


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