[发明专利]一种大幅面阵列飞秒激光微流控芯片直印方法及其设备

说明书

本发明公开了一种大幅面阵列飞秒激光微流控芯片直印设备及其方法。利用调控输出的激光光束状态多参数可调的大幅面阵列飞秒激光实现大幅面激光干涉，结合对大幅面阵列飞秒激光干涉状态、干涉组合及曝光方式的调控，经多次曝光叠加输出微流控芯片待加工图案，实现对微流控芯片的直印加工。本发明能够实现微流控芯片的快速加工，提高了微流控芯片的加工效率，缩短了微流控芯片加工周期，在加工具有复杂三维结构的微流控芯片方面具有显著的优势，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于微流控芯片加工技术领域，具体涉及一种大幅面阵列飞秒激光微流控芯片直印技术与装备。

背景技术

微流控芯片技术顺应微型化、集成化和智能化的发展趋势，将需要在传统实验室进行的实验与分析过程集成在厘米级尺寸的芯片上，从而实现生物、化学、医学等领域的系统分析检测过程。集成的分析检测过程以及试剂微流量要求加工制备的微流控芯片微通道结构具有微尺寸、高精度、复杂结构、真三维的特点，因此对微流控芯片的加工技术也提出了严格的要求。传统的微流控芯片加工方法如模塑法、热压法、光刻工艺等往往局限于制备表面的二维微流控芯片微通道结构，通常需要封接后制成微流控芯片，且该加工方法也存在材料的局限性。

飞秒激光加工技术具有非热熔性、高准确性、三维空间分辨性、加工能量低耗性，并且加工尺寸可达亚微米甚至纳米级别等特点，可广泛用于多种材料的加工。利用飞秒激光加工技术已在微纳加工领域开展了广泛的研究和应用。利用飞秒激光通常可以进行微流控芯片的微通道和微通道内部的微功能件的加工。该方法通常是利用单束光进行微通道或微功能件的扫描加工，也有相关研究采用多束光进行微功能件的并行加工，并行加工的方法一定程度提高能够了加工效率，但相较于计算机、手机等集成电路芯片的高效、智能化制备技术，目前微流控芯片的制备技术的效率及智能化程度较低，仍需要不断的技术创新及发展。因此，需要提出一种更加高效率、可调控、智能化的微流控芯片制备技术。

本发明利用飞秒激光加工技术的特点，将飞秒激光调控输出关键参数可调控的大幅面阵列飞秒激光，利用大幅面阵列飞秒激光形成大幅面干涉，通过各分束飞秒激光的激光干涉状态、干涉组合及曝光方式的调控，可实现对微流控芯片的大幅面直印加工，在微流控芯片内部加工出复杂三维结构。本发明显著提高了微流控芯片加工效率，实现了对微流控芯片的快速加工的同时兼具高稳定性、高灵活性，以及高智能化的加工特点，有利用促进微流控芯片制备技术进一步发展和创新，对微流控芯片加工技术领域具有重要的意义。

发明内容

针对目前飞秒激光制备微流控芯片的点扫描加工效率较低、加工速度慢、可调控智能化程度不高的现状，本发明提供了一种大幅面阵列飞秒激光微流控芯片直印技术与装备，其利用调控输出的激光状态可调控的大幅面阵列飞秒激光，结合激光光束干涉状态、干涉组合及曝光方式的调控，从而实现了飞秒激光在微流控芯片的大幅面直印技术，能够加工复杂三维结构的微流控芯片。本发明显著提高了加工效率和加工速度，加工稳定性高，灵活性高，智能化程度高，有利于微流控芯片的批量制备。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种大幅面阵列飞秒激光微流控芯片直印技术，采用的技术方案如下：

一种大幅面阵列飞秒激光微流控芯片直印技术，其特征在于，利用调控输出的激光光束状态多参数可调的大幅面阵列飞秒激光实现大幅面激光干涉，通过对大幅面阵列飞秒激光干涉状态、干涉组合及曝光方式的调控输出所需图案，实现对微流控芯片的任意结构的直印加工，结合分层加工方法和氢氟酸超声腐蚀处理加工制得具有复杂三维微通道的微流控芯片。具体包括：

(1)大幅面阵列飞秒激光输出技术：种子光经过预放大处理后，通过脉冲分束装置将激光分束成为m×n阵列激光，阵列激光的各分束激光分别经过多次预放大和与预压缩处理后，分别对各分束激光的相位、光强、偏振、中心波长、脉冲宽度进行调控，输出大幅面阵列飞秒激光。