一種玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)的成型裝置及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工與微流體器件技術(shù)及其裝備領(lǐng)域，涉及基于玻璃軟化成型工藝的微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置與加工工藝，尤其適用于制作玻璃基微流控芯片、微混合器、微量檢測(cè)等微流體系統(tǒng)的微通道網(wǎng)絡(luò)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，微流體系統(tǒng)應(yīng)用需求持續(xù)增大，涉及生物醫(yī)療、化學(xué)化工、檢驗(yàn)檢疫等生產(chǎn)生活和科學(xué)研宄領(lǐng)域，其性能要求也越來(lái)越高。微流體系統(tǒng)由微泵、微閥、微通道、輸入輸出接口和功能體等單元組成，微通道具有流體傳輸和單元連接等功能，微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定了微流體系統(tǒng)的性能與應(yīng)用，如用于無(wú)痛藥物注射的錐形微針(FirasSammoura, Kangjeongjin, HeoYoung-Moo, etal.Polymericmicroneedlefabricat1nusingamicroinject1n moldingtechnique [J].MicrosystemTechnology, 2007 (13): 517-522.)、用作微流散熱器的陣列微通道(楊凱鈞，左春檉，丁發(fā)喜等.微通道散熱器長(zhǎng)直微通道的新加工工藝研宄[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，28(9):61-64.)、實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)微循環(huán)的自然微通道(Yoonkwang Nama, MinseokKin, TaesungKim.Pneumaticallycontrolledmult1-1evelmicrochannel forseparat1nandextract1nofmicroparticles[J].SensorsandActuatorsB:Chemical, 2014(190):86-92.)等。
[0003]基于光刻、腐蝕、熱壓印、熱鍵合等技術(shù)，現(xiàn)有微通道制作工藝在硅、玻璃、聚合物等基體材料中加工微通道，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多為平面內(nèi)的直線或折線形狀(張高朋，田桂中，曹偉龍.微流體系統(tǒng)中微通道制作工藝的研宄進(jìn)展[J].微納電子技術(shù)，2013，50(8):512-517，527.)，通道截面多呈三角形、矩形或半圓形，流動(dòng)性能較差，加工設(shè)備昂貴。利用飛秒激光加工技術(shù)，可在玻璃材料中制作立體螺旋的微通道網(wǎng)絡(luò)(LiYan，QuShiLiang.Fabricat1nof spiral-shapedmicrofluidicchannelsinglassbyfemtosecondlaser[J].Materials Letters, 2010 (64): 1427-1429.)，但尺寸精度太低、表面質(zhì)量差、強(qiáng)度不足，尚未投產(chǎn)應(yīng)用。此外，基于玻璃軟化成型特性，玻璃毛細(xì)管可預(yù)熱拉制成玻璃基微通道，具有尺寸均勻、截面規(guī)整圓形、壁面光滑、工藝可靠、成本低廉等特征，但玻璃基微通道的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單一，多為圓直線性。因此，需結(jié)合應(yīng)用需求研宄微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成型裝置和加工工藝，可有效提高微流體系統(tǒng)的流動(dòng)性能和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置及加工方法，針對(duì)毫米或微米量級(jí)的玻璃基微通道，可根據(jù)微通道應(yīng)用需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成型加工，工藝簡(jiǎn)單可靠且操作便捷，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低廉。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置，包括圓直的玻璃基微通道、夾持槽道、定位器、成型靠模、第一運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第二運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第三運(yùn)動(dòng)臺(tái)、工作臺(tái)、加熱片、運(yùn)動(dòng)控制器及中心處理器；其中，圓直的玻璃基微通道的一端設(shè)置于夾持槽道內(nèi)，另一端水平設(shè)置并通過(guò)定位器定位；所述第一運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第二運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第三運(yùn)動(dòng)臺(tái)上分別固定連接所述成型靠模、夾持槽道及加熱片；所述第一運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第二運(yùn)動(dòng)臺(tái)及第三運(yùn)動(dòng)臺(tái)和定位器均設(shè)置在所述工作臺(tái)上并均與運(yùn)動(dòng)控制器控制連接；
[0007]所述第一運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第二運(yùn)動(dòng)臺(tái)及第三運(yùn)動(dòng)臺(tái)均為電機(jī)控制的絲杠滑臺(tái)；所述電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器連接；
[0008]所述夾持槽道包括槽道及彈性壓板，所述彈性壓板設(shè)置于夾持槽道的開口上方形成閉合槽，進(jìn)而夾持玻璃基微通道；彈性壓板由彈性片與柔性元件粘接而成；
[0009]所述加熱片通過(guò)電壓控制器與電源連接；
[0010]所述運(yùn)動(dòng)控制器和電壓控制器分別與所述中心處理器控制連接。
[0011]所述圓直的玻璃基微通道材料為石英玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鉛硅酸鹽玻璃中的任意一種，且內(nèi)外徑尺寸處于毫米或微米量級(jí)。
[0012]本發(fā)明還公開了一種所述玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置的加工方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0013](a)清潔夾持:將玻璃基微通道清潔干燥后，利用均勻分布的彈性壓板封擋在平直的夾持槽道內(nèi)，利用定位器固定玻璃基微通道的一端，以便于后續(xù)操作；
[0014](b)加熱軟化:根據(jù)所加工微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，利用第三運(yùn)動(dòng)臺(tái)將加熱片移動(dòng)至玻璃基微通道指定變形部位，加熱至軟化溫度；利用第一運(yùn)動(dòng)臺(tái)將成型靠模移動(dòng)至玻璃基微通道變形部位的彎曲內(nèi)側(cè)，以便于執(zhí)行變形操作；
[0015](C)彎曲成型:利用第二運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)夾持槽道按指定方式運(yùn)動(dòng)，在成型靠模的作用下，可實(shí)現(xiàn)玻璃基微通道的變形，加熱片停止加熱并移開，冷卻玻璃基微通道的變形部位；
[0016](d)根據(jù)所需加工玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，重復(fù)執(zhí)行步驟(b)和步驟(C)即可，待玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完成，即可取下試樣保存?zhèn)溆谩?br>[0017]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)與設(shè)備相比，本發(fā)明一種玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置及加工方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]第一、基于玻璃軟化成型特性的玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其成型工藝具有很強(qiáng)拓展性，根據(jù)應(yīng)用需求可加工出平面內(nèi)往復(fù)/回字形的折線、彈簧狀空間螺旋線等多種結(jié)構(gòu)的微通道網(wǎng)絡(luò)。封裝前，所加工玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)具有一定的整體柔性，微通道間可產(chǎn)生一定的形變；封裝后，玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全固定，與常規(guī)的類似。
[0019]第二、玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置加工自由度大，適用于毫米和微米量級(jí)范圍內(nèi)的多種尺寸微通道網(wǎng)絡(luò)成型，改變成型裝置的加工步驟和運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式，可制作出多種不同類型的微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0020]第三、玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置由步進(jìn)電機(jī)、滑動(dòng)導(dǎo)軌、電阻加熱片及電源調(diào)壓器等常規(guī)器件組成，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠且便捷，成本低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述玻璃基微通道網(wǎng)絡(luò)成型裝置的結(jié)構(gòu)示圖；
[0022]其中，1、夾持槽道；2、彈性壓板；3、圓直的玻璃基微通道；4、第一運(yùn)動(dòng)臺(tái)；5、成型靠模；6、加熱片；7、定位器；8、第三運(yùn)動(dòng)臺(tái)；9、電壓控制器；10、電源；11、中心處理器；12、運(yùn)動(dòng)控制器；13、第二運(yùn)動(dòng)臺(tái)；14、工作臺(tái)；
[0023]圖2為圖1的A向視圖；
[0024]其中，15、彈性片；16、柔性元件；
[0025]圖3為本發(fā)明所述平面往復(fù)折線形玻璃基微通