一種面向微通道的表面薄膜制備裝置制造方法
【專利摘要】一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，尤其涉及用于微通道表面改性的工作，屬于光學(xué)、流體力學(xué)、微流控芯片領(lǐng)域。該裝置包括支架、激光輸出頭、風(fēng)力輸出頭、微通道基片、透光擋板、UV膠層；其中，風(fēng)力輸出頭包括通風(fēng)管、通風(fēng)小孔；該裝置克服了傳統(tǒng)薄膜制備的工藝復(fù)雜、加工環(huán)境要求高、成本昂貴的缺點(diǎn)，同時(shí)，基于氣壓激光固化涂層制備薄膜并對(duì)微流控PCR芯片中的激光加工微通道，可對(duì)其表面粗糙度和親水性進(jìn)行改性設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】—種面向微通道的表面薄膜制備裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，尤其涉及用于微通道表面改性的工作，屬于光學(xué)、流體力學(xué)、微流控芯片領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從微全分析系統(tǒng)(MiniaturizedTotal Analysis Systems μ -TAS)的概念被提出，到今天為止已發(fā)展成為當(dāng)前世界最前沿科技研究領(lǐng)域之一。它的實(shí)質(zhì)是通過(guò)化學(xué)分析設(shè)備的微型化與集成化，最大限度地把分析實(shí)驗(yàn)室的功能轉(zhuǎn)移到便攜的分析設(shè)備中，甚至集成到方寸大小的芯片上。
[0003]目前μ -TAS系統(tǒng)的核心技術(shù)是微流控技術(shù)(Microfluidics)，為了使在芯片系統(tǒng)中的微泵，微閥和微分離檢測(cè)系統(tǒng)等微器件全自動(dòng)化工作，微流控芯片系統(tǒng)中必須用各種不同類(lèi)型的微通道構(gòu)成各微元器件工作系統(tǒng)，因此，研究不同類(lèi)型的微通道和改進(jìn)其性能，對(duì)μ -TAS有重要的科學(xué)意義和價(jià)值。
[0004]多數(shù)微流控芯片因生物微機(jī)電系統(tǒng)(B1MEMS)加工技術(shù)成熟而多采用玻璃、石英或者硅作為基板進(jìn)行制作。因其價(jià)格低廉易于加工的特性，聚合物基底如PMMA材料在B1MEMS中占了越來(lái)越多的比重。準(zhǔn)分子或CO2激光因其加工速度快，加工方案設(shè)計(jì)可隨時(shí)更改，使其成為以PMMA為基板的微流控芯片微通道加工中一種重要的方法。
[0005]在實(shí)驗(yàn)室的前期研究中，使用過(guò)準(zhǔn)分子激光和CO2激光成功地加工出了以PMMA作為基板的微流控PCR芯片。在實(shí)際的生物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于微流道的表面粗糙度影響PCR試劑在通道中的流速，因此對(duì)微流控PCR芯片的擴(kuò)增效果也會(huì)產(chǎn)生影響。
[0006]研究表明，微通道的內(nèi)壁形狀和尺寸，表面粗糙度和親水性等物理量，會(huì)影響影響微通道內(nèi)微流體的流體力學(xué)性能。因此使用簡(jiǎn)單技術(shù)使微通道的內(nèi)壁面的粗糙度和親水性等物理量改善，在小工作壓力條件下而獲得高流速，對(duì)進(jìn)一步的“功能集成與結(jié)構(gòu)縮微”具有關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)性的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。
[0007]為了進(jìn)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臺(tái)的移動(dòng)速度影響的現(xiàn)象，改善微流道的表面粗糙度和親水性等物理量，又研究了準(zhǔn)分子激光拋光對(duì)表面粗糙度和親水性等物理量改善。去年利用脈沖激光沉積(PLD)銳鈦相T12薄膜的技術(shù)，研究改善微流道表面粗糙度和親水性等物理量。上述兩種工藝方法對(duì)改善微流道表面粗糙度的有一定的作用，但還存在一些問(wèn)題。
[0008]準(zhǔn)分子激光拋光可以使拋光前表面粗糙度Ra為2.66 μ m的微通道在10個(gè)脈沖拋光后，表面粗糙度下降到1.58 μ m，但并未實(shí)現(xiàn)納米級(jí)；而使用脈沖激光沉積(PLD)銳鈦相T12薄膜工藝，盡管微通道沉積T12薄膜的厚度和顆粒大小分別約為200nm和25nm (表面粗糙度Ra大約估計(jì)為60-50nm)，但其工藝是一種“非選擇性”微加工工藝，即需要薄膜和不需要薄膜都沉積上了薄膜，而且工藝復(fù)雜，加工環(huán)境要求和成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的在于提出一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，該裝置克服了傳統(tǒng)薄膜制備的工藝復(fù)雜、加工環(huán)境要求高、成本昂貴的缺點(diǎn)，同時(shí)，基于氣壓激光固化涂層制備薄膜并對(duì)微流控PCR芯片中的激光加工微通道，可對(duì)其表面粗糙度和親水性進(jìn)行改性設(shè)計(jì)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，該裝置包括支架、激光輸出頭、風(fēng)力輸出頭、微通道基片、透光擋板、UV膠層；其中，風(fēng)力輸出頭包括通風(fēng)管、通風(fēng)小孔；所述微通道基片的微通道表面處涂有UV膠層；激光輸出頭固定在支架頂端且垂直照射在微通道基片的微通道表面處，風(fēng)力輸出頭安裝在支架側(cè)邊的滑槽上且可沿滑槽移動(dòng)；透光擋板一端固定在微通道基片的微通道表面凸起處，另一端固定在支架上，所述透光擋板與微通道基片水平夾角為Θ (20° < Θ <60° );激光輸出頭的激光輸出端安裝有光圈，根據(jù)微通道基片I的微通道寬度可調(diào)節(jié)光圈的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微通道基片的光通量、光斑大小進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；所述通風(fēng)管中間設(shè)置有通風(fēng)小孔，通風(fēng)管輸出的風(fēng)可沿著透光擋板吹到UV膠層表面，根據(jù)需要的UV膠層厚度和微通道寬度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力壓強(qiáng)大小。
[0011]激光輸出頭的光線通過(guò)光圈照到微通道表面覆蓋的UV膠層上，根據(jù)微通道基片的微通道寬度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈大小控制光通量、光斑大小，風(fēng)通過(guò)通風(fēng)道沿著一個(gè)透光擋板吹到UV膠層表面，根據(jù)需要的UV膠層厚度和微通道寬度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力壓強(qiáng)大?。还馊Υ笮∮晒馊︱?qū)動(dòng)線圈和控制制動(dòng)線圈來(lái)控制光圈的開(kāi)口大小，風(fēng)力壓強(qiáng)大小由步進(jìn)電機(jī)控制通風(fēng)管沿支架的滑槽移動(dòng)，計(jì)算機(jī)操控步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制并由壓力傳感裝置以及壓力閥一起控制風(fēng)力壓強(qiáng)大小。
[0012]通風(fēng)管可以在控制下沿支架滑槽移動(dòng)，輸入的風(fēng)力壓強(qiáng)可以自由控制，通過(guò)調(diào)節(jié)光圈的大小來(lái)控制通過(guò)的光斑大小使其和微通道寬度相匹配，風(fēng)力壓強(qiáng)、光圈大小均由計(jì)算機(jī)控制。
[0013]本裝置在微通道表面覆蓋一層UV薄膜，可以有效地通過(guò)風(fēng)力部分控制微通道的表面形狀，更容易制作出具有一定形狀的微通道，可以更容易的改善表面粗糙度物理特性。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0015]1、本發(fā)明方便、準(zhǔn)確，可根據(jù)實(shí)際需求制定光圈大小和風(fēng)力壓強(qiáng)，具有自主性且加
工簡(jiǎn)單。
[0016]2、具有可控制性，傳統(tǒng)微通道加工是靠著晶體自主生長(zhǎng)的方式，本加工裝置可直接加工微通道表面，
[0017]3、可加工出一定范圍的內(nèi)表面形態(tài)，可以改變風(fēng)力的大小來(lái)改變UV膠的分布，從而改變內(nèi)表面形態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是該裝置的示意圖。
[0019]圖2為本裝置的控制結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖中:1、微通道基片，2、通風(fēng)管，3、通風(fēng)小孔，4、透光擋風(fēng)板，5、UV膠層。
【具體實(shí)施方式】[0021]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1-2所示，一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，該裝置包括支架、激光輸出頭、風(fēng)力輸出頭、微通道基片1、透光擋板4、UV I父層5 ;其中，風(fēng)力輸出頭包括通風(fēng)管2、通風(fēng)小孔3 ;所述微通道基片I的微通道表面處涂有UV膠層5 ;激光輸出頭固定在支架頂端且垂直照射在微通道基片I的微通道表面處，風(fēng)力輸出頭安裝在支架側(cè)邊的滑槽上且可沿滑槽移動(dòng)；透光擋板4 一端固定在微通道基片I的微通道表面凸起處，另一端固定在支架上，所述透光擋板4與微通道基片I水平夾角為Θ (20° < Θ <60° );激光輸出頭的激光輸出端安裝有光圈，根據(jù)微通道基片I的微通道寬度可調(diào)節(jié)光圈的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微通道基片I的光通量、光斑大小進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；所述通風(fēng)管2中間設(shè)置有通風(fēng)小孔3，通風(fēng)管2輸出的風(fēng)可沿著透光擋板4吹到UV膠層5表面，根據(jù)需要的UV膠層5厚度和微通道寬度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力壓強(qiáng)大小。
[0023]激光輸出頭的光線通過(guò)光圈照到微通道表面覆蓋的UV膠層5上，根據(jù)微通道基片I的微通道寬度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈大小控制光通量、光斑大小，風(fēng)通過(guò)通風(fēng)道2沿著一個(gè)透光擋板4吹到UV膠層5表面，根據(jù)需要的UV膠層5厚度和微通道寬度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力壓強(qiáng)大??；光圈大小由光圈驅(qū)動(dòng)線圈和控制制動(dòng)線圈來(lái)控制光圈的開(kāi)口大小，風(fēng)力壓強(qiáng)大小由步進(jìn)電機(jī)控制通風(fēng)管2沿支架的滑槽移動(dòng)，計(jì)算機(jī)操控步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制并由壓力傳感裝置以及壓力閥一起控制風(fēng)力壓強(qiáng)大小。
[0024]通風(fēng)管2可以在控制下沿支架滑槽移動(dòng)，輸入的風(fēng)力壓強(qiáng)可以自由控制，通過(guò)調(diào)節(jié)光圈的大小來(lái)控制通過(guò)的光斑大小使其和微通道寬度相匹配，風(fēng)力壓強(qiáng)、光圈大小均由計(jì)算機(jī)控制。
[0025]本發(fā)明所述的UV膠層5采用使用美國(guó)Norland公司的紫外固化光學(xué)膠N0A61 ;本裝置在微通道表面覆蓋一層UV薄膜，可以有效地通過(guò)風(fēng)力部分控制微通道的表面形狀，更容易制作出具有一定形狀的微通道，可以更容易的改善表面粗糙度物理特性。
[0026]根據(jù)提前編寫(xiě)好的程序，使得激光輸入及風(fēng)里輸入對(duì)準(zhǔn)微通道，使輸入小孔與微通道能夠同步運(yùn)動(dòng)，在風(fēng)力的壓力下以及光的作用下直接進(jìn)行對(duì)鋪在微通道表面的UV膠的一個(gè)鋪展固化。
【權(quán)利要求】
1.一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，其特征在于:該裝置包括支架、激光輸出頭、風(fēng)力輸出頭、微通道基片(I)、透光擋板(4)、UV膠層(5);其中，風(fēng)力輸出頭包括通風(fēng)管(2)、通風(fēng)小孔(3);所述微通道基片(I)的微通道表面處涂有UV膠層(5);激光輸出頭固定在支架頂端且垂直照射在微通道基片(I)的微通道表面處，風(fēng)力輸出頭安裝在支架側(cè)邊的滑槽上且可沿滑槽移動(dòng)；透光擋板(4) 一端固定在微通道基片(I)的微通道表面凸起處，另一端固定在支架上，所述透光擋板(4)與微通道基片(I)水平夾角為Θ ;激光輸出頭的激光輸出端安裝有光圈，根據(jù)微通道基片(I)的微通道寬度可調(diào)節(jié)光圈的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微通道基片(I)的光通量、光斑大小進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；所述通風(fēng)管(2)中間設(shè)置有通風(fēng)小孔(3)，通風(fēng)管(2)輸出的風(fēng)可沿著透光擋板(4)吹到UV膠層(5)表面，根據(jù)需要的UV膠層(5)厚度和微通道寬度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力壓強(qiáng)大小； 激光輸出頭的光線通過(guò)光圈照到微通道表面覆蓋的UV膠層(5)上，根據(jù)微通道基片(I)的微通道寬度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈大小控制光通量、光斑大小，風(fēng)通過(guò)通風(fēng)道(2)沿著一個(gè)透光擋板⑷吹到UV膠層(5)表面，根據(jù)需要的UV膠層(5)厚度和微通道寬度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)力壓強(qiáng)大?。还馊Υ笮∮晒馊︱?qū)動(dòng)線圈和控制制動(dòng)線圈來(lái)控制光圈的開(kāi)口大小,風(fēng)力壓強(qiáng)大小由步進(jìn)電機(jī)控制通風(fēng)管(2)沿支架的滑槽移動(dòng)，計(jì)算機(jī)操控步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制并由壓力傳感裝置以及壓力閥一起控制風(fēng)力壓強(qiáng)大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向微通道的表面薄膜制備裝置，其特征在于:水平夾角為Θ的范圍為，20° < Θ <60°。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104030236SQ201410280963
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】吳堅(jiān), 王凱, 陳濤 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)