功能化微流控芯片的飛秒激光高效集成技術(shù)研究.pdf

1、微流控芯片技術(shù)是21世紀(jì)非常重要的技術(shù)之一。該技術(shù)具有傳統(tǒng)分析方法所不具備的低試劑消耗、低成本、快速檢測(cè)、高集成度、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。芯片的設(shè)計(jì)和加工是微流控芯片技術(shù)的重要部分。傳統(tǒng)的微流控芯片加工方法依賴(lài)于平面加工技術(shù)，僅適用于2D微流控芯片的加工，對(duì)于更多高性能的3D微流控器件的加工則很難實(shí)現(xiàn)。因此，迫切需要一種新的加工技術(shù)來(lái)解決這一難題。
　　飛秒激光雙光子聚合因其具有真三維加工能力、高分辨率、加工熱效應(yīng)低以及可加工材料多樣等

2、特性，已經(jīng)被廣泛研究。但是傳統(tǒng)的飛秒激光雙光子加工都是基于單光束逐點(diǎn)逐層掃描，其加工效率低，很難在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。基于空間光調(diào)制器的多焦點(diǎn)并行掃描技術(shù)可以大大減小結(jié)構(gòu)的加工時(shí)間、提高加工效率，為飛秒激光雙光子技術(shù)在芯片中加工3D微結(jié)構(gòu)賦予芯片新功能提供了可能。本文將飛秒激光技術(shù)與空間光調(diào)制器的多焦點(diǎn)技術(shù)相結(jié)合，提出了基于空間光調(diào)制器的多焦點(diǎn)并行加工3D微流控芯片技術(shù)，大大的提高了3D微流控器件的集成速度;同時(shí)，基于飛秒激光的3D加工

3、能力，設(shè)計(jì)了多樣化的芯片微結(jié)構(gòu)，從而賦予芯片更優(yōu)良的性能。
　　本文首先分析了空間光調(diào)制技術(shù)，闡述了相位型與振幅型空間光調(diào)制器，并分析了相位型空間光調(diào)制器的調(diào)制原理;闡述了兩種多焦點(diǎn)光束整形算法，比較了兩種算法在多焦點(diǎn)光強(qiáng)一致性和收斂速度的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)芯片中加工3D器件做準(zhǔn)備。
　　在多焦點(diǎn)光束整形研究的基礎(chǔ)上，將飛秒激光精確調(diào)制成預(yù)先設(shè)計(jì)的多焦點(diǎn)圖案，實(shí)現(xiàn)芯片中3D器件的高效快速加工。進(jìn)一步優(yōu)化了芯片的加工工藝，為后續(xù)3

4、D微器件的加工提供參考?？焖偌闪斯δ芑^(guò)濾器，同時(shí)表征了過(guò)濾器在過(guò)濾粒子與細(xì)胞方面的優(yōu)異性能。
　　為了解決傳統(tǒng)過(guò)濾器的易堵塞和分選尺寸單一的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型拱形分選器。通過(guò)柵狀結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)大尺寸顆粒，中間尺寸顆粒以及小尺寸顆粒的多模態(tài)分選。通過(guò)流體仿真來(lái)輔助3D分選器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)分選器防堵性能的極大提升。利用飛秒激光多焦點(diǎn)并行加工技術(shù)，極大減少了新型分選器加工所需的時(shí)間（減小了5倍）。最后，該分選器成功用于多