[发明专利]一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及方法，利用阵列式多焦点飞秒激光，对微流控芯片进行飞秒激光点阵烧蚀，并且采用脉冲激光二次烧蚀，结合氢氟酸超声腐蚀对烧蚀后的微流控芯片进行处理得到微流控芯片的真三维微通道结构，实现了微流控芯片微通道的高效加工。本发明同时公开了微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置。本发明具有高精度、高效率、高安全性和灵活性，以及大尺度的加工优点，可以广泛应用于生物、化学及医疗等领域具有重要的价值和意义，发展及应用前景广阔。

技术领域

本发明属于超快激光微纳加工技术领域，具体涉及一种微流控芯片的多焦点超快激光微流控制备装置及方法。

背景技术

微流控技术作为新兴的分析、检测技术，其满足分析仪器微型化/集成化与便携化的发展趋势，能够很大程度缩短样本处理时间，并通过精密控制液体流动，实现试剂耗材的最大利用效率。微流控芯片将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一块几平方厘米的芯片上，将传统的实验室微型化和集成化，实现包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等功能，可重复多次使用。目前，微流控芯片用材料主要有硅材料、玻璃材料和高分子聚合物材料，并且在生物医学研究、药物合成筛选、环境检测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域具有极为广阔的前景。目前，如何实现微流控芯片的真三维复杂微通道的加工仍然是一个重要研究方向，并且同时实现加工过程的高精度、高效率等要求。

飞秒激光与材料的作用是一个“冷加工”的过程，对材料周围无明显热效应。飞秒激光属于超快脉冲激光，与材料相互作用时间极短，光子能量未发生扩散，所以材料吸收的光子能量有效作用在电子激发上，并不会转换成热量，因此加工时飞秒激光的热效应极低，可以实现高质量、高精度的微纳结构的加工。飞秒激光加工技术作为一种先进且极具前景的微纳加工技术，可广泛应用于微流控芯片的加工。而目前常用的微流控芯片加工方法局限于平面二维结构微流控通道，不能加工真三维结构的微流控通道，采用飞秒激光微纳加工技术很好解决该问题，通过将飞秒激光聚焦在透明的微流控芯片基底材料内部，可在材料内部实现三维微纳加工，从而烧蚀出复杂的三维微通道结构。公开号为CN103831536A、CN107243698B、CN108723586B等中国专利已经发明了利用飞秒激光单束光在熔融石英和聚合物等透明介质材料内部烧蚀加工三维微通道的方法，但单束飞秒激光紧聚焦烧蚀微流控芯片微通道也存在局限性，其往往需要高激光能量或者反复多次扫描才能烧蚀出满足结构尺寸要求的微流控通道，故存在加工效率较低的问题，因此一种高效的飞秒激光加工微流控通道的方法是十分必要的。基于激光多焦点技术输出阵列式多焦点飞秒激光能够实现对微流控芯片微通道的高效制备加工，极其具有发展和应用前景，随着微流控芯片技术的不断发展，有望成为未来主流的微流控芯片先进制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及其方法，其利用激光多焦点技术输出阵列式多焦点飞秒激光高效制备加工微流控芯片，从而在能够保证加工微流控通道的高精度的同时，提高了烧蚀加工微流控通道的效率，降低了单束激光能量，增强了加工的安全性和灵活性，并且多焦点加工可实现微流控芯片微通道的大尺度加工。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法，采用的技术方案如下：

一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法，其特征在于，利用激光多焦点技术输出阵列式多焦点飞秒激光实现对微流控芯片微通道的高效制备加工，具体包括：

(1)飞秒激光点阵烧蚀：利用激光多焦点技术将飞秒激光输出为阵列式多焦点飞秒激光，对微流控芯片微通道截面进行点阵烧蚀；

(2)脉冲激光二次烧蚀：利用皮秒或飞秒超短脉冲激光对飞秒激光点阵烧蚀的微流控芯片微通到进行二次烧蚀；

(3)氢氟酸超声腐蚀：对烧蚀加工后的微流控芯片进行氢氟酸超声腐蚀处理，疏通烧蚀加工的微流控通道结构。