کاربردهای فناوری لیزر Femtosecond در ساخت تراشه میکروسیالی

I. تراشه میکروسیالی چیست؟
بر خلاف تراشه های سنتی ، یک تراشه میکروسیالی بیشتر شبیه "سکوی واکنش بیوشیمیایی" در مقیاس میکرومتر است. به طور خاص ، یک تراشه میکروسیالی یک بستر فناوری است که واحدهای اصلی عملیاتی مانند تهیه نمونه ، واکنش ، جداسازی و تشخیص از زمینه هایی مانند زیست شناسی ، شیمی و دارو را بر روی "تراشه" در مقیاس میکرومتر ادغام می کند. این امکان تجزیه و تحلیل سریع ، کارآمد و خودکار فرآیندهای بیوشیمیایی پیچیده را فراهم می کند.
 

از آنجا که تراشه های میکروسیالی دارای ساختارهای میکروسکوپی هستند ، مایعات نشان می دهند و خواص خاصی را تولید می کنند که از نظر مقیاس ماکروسکوپی متفاوت است و منجر به توسعه قابلیت های تحلیلی منحصر به فرد می شود.

تراشه های میکروسیالی نیاز به دستکاری دقیق نمونه های مایع ریز مانند کنترل جریان سیال ، اختلاط ، واکنش و تشخیص دارند. از این منظر ، ساختارهای اصلی یک تراشه میکروسیالی میکرو کانن ها و میکروول ها هستند. به عبارت دیگر ، کیفیت ساخت میکرو کانلها و میکروول ها به طور مستقیم بر عملکرد و راندمان تشخیص تراشه میکروسیالی تأثیر می گذارد.
 

ii. مقایسه روشهای ساخت تراشه میکروسیالی (استفاده از میکرو کانن های شیشه ای به عنوان نمونه)
روشهای ساخت سنتی شامل موارد زیر است:

1. ماشینکاری مکانیکی سنتی: مستعد تراش و ترک.

2. ماشینکاری اولتراسونیک: راندمان پایین ، با مشکل در کنترل ویژگی های سطح خوب.

3. ماشینکاری جت ساینده: به ماسک و بستر نیاز دارد و ساخت میکرو کانن ها با نسبت ابعاد بالا را دشوار می کند.

4. برش الماس: دقت کافی و کارآیی ماشینکاری کم.

5. اچ شیمیایی:

- اچ کردن مرطوب ، به دلیل ماهیت ایزوتروپیک آن ، نه تنها کانال هایی را در عمق قرار می دهد بلکه آنها را به صورت افقی روی سطح گسترش می دهد و باعث "زیربنایی" جانبی می شود که بر دقت کانال تأثیر می گذارد.

- از طرف دیگر ، اچ خشکی دارای راندمان پردازش کم است.
 

iii مزایای پردازش لیزر femtosecond برای تراشه های میکروسیالی
ساختارهای میکروسکوپی اولیه در تراشه های میکروسیالی شامل شیارهای کور ، سوراخ های کور و میکروول ها است. پردازش لیزر Femtosecond ، به عنوان یک فناوری ساخت میکرو\/نانو برش ، مزایایی مانند دقت بالا ، پردازش غیر تماسی ، سازگاری گسترده مواد و سرعت پردازش سریع را ارائه می دهد. این ویژگی ها آن را به ویژه برای ایجاد ریزساختار در تراشه های میکروسیالی مناسب می کند.

در زیر ، ما مزایای پردازش لیزر femtosecond را بر اساس معیارهای کیفیت کلیدی تراشه های میکروسیالی مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهیم:
1. دقت و شکل بعدی میکرو کانن ها و میکروول ها: تراشه های میکروسیالی در ابعاد و اشکال میکرو کانل ها و میکروول ها به دقت بسیار بالایی نیاز دارند ، زیرا اینها به طور مستقیم بر خصوصیات جریان سیال و راندمان واکنش تأثیر می گذارد. به عنوان یک لیزر ultrafast ، لیزر Femtosecond دارای قطر نقطه ای تنها چند میکرومتر تا بیش از ده میکرومتر است که باعث می شود تا مواد با دقت بالا و حفاری را انجام دهد. به عنوان مثال ، استانداردهای پردازش از فناوری مونوکلور شنژن نشان می دهد که دقت بعدی میکرو کانن ها و میکروول ها را می توان در 1μm ± کنترل کرد ، و نیازهای دقیق اکثر طرح ها را برای میکرو کانن ها و سایر مؤلفه ها برآورده می کند.
 

(کانال های میکروفلوئیدی سرامیکی: مطالعه موردی ساخت)

2. زبری سطح: سطوح میکرو کانلها و میکروول ها برای کاهش مقاومت به جریان سیال ، جلوگیری از جذب نمونه و تقویت حساسیت تشخیص ، لازم است تا صاف باشند. لیزرهای Femtosecond ، با عرض پالس فوق العاده کوتاه ، از نتایج خوب اچ کردن ، به حداقل رساندن لایه های بازپرداخت ، آستانه ها و ریزگردها اطمینان حاصل می کنند. در نتیجه ، زبری سطح شیارهای کور معمولی و سوراخ های کور را می توان در 4 {3}} 4 میکرومتر کنترل کرد ، به طور موثری برآورده شدن نیازهای ساخت تراشه های میکروسیالی.

3. سازگاری مواد: علاوه بر شیشه ، تراشه های میکروسیالی از طیف گسترده ای از مواد ، از جمله مواد پلیمری (به عنوان مثال ، فیلم PI ، فیلم PDMS) ، سیلیکون و سرامیک ساخته می شوند. بنابراین ، ساخت تراشه های میکروسیالی باید خواص مواد مختلف را در خود جای دهد. لیزرهای Femtosecond ، با قدرت اوج بسیار بالا ، می توانند فوراً مواد را از بین ببرند و آنها را برای پردازش مواد مختلف مناسب می کنند. این که آیا این ماده سیلیکون ، شیشه یا فیلم مبتنی بر فیلم است ، می توان از لیزرهای فموتوس ثانیه برای ساخت میکرو کانن ها و سوراخ های کور استفاده کرد.

(میکروول های غشای PDMS: مطالعه موردی ساخت)

پایان

فناوری لیزر Femtosecond باعث ایجاد تراشه های میکروسیالی شده است که ابزارهای اساسی در زیست شناسی ، شیمی و پزشکی هستند. عملکرد این تراشه ها به شدت بستگی به دقت میکرو کانن ها و میکروول های آنها دارد ، استانداردی که روشهای تولید سنتی اغلب به دلیل محدودیت در دقت ، کارآیی و سازگاری با مواد ، در تحقق آن ناکام هستند.
 

در مقابل ، پردازش لیزر Femtosecond مزایای قابل توجهی ، از جمله دقت بالا ، عملکرد غیر تماس ، سازگاری گسترده مواد و حداقل زبری سطح را ارائه می دهد. با کنترل دقیق ابعاد و اشکال میکرو کانن ها و میکروول ها ، بهینه سازی زبری سطح و اسکان مواد مختلف (مانند شیشه ، سیلیکون و پلیمرها) ، لیزرهای فموتوس ثانیه یک راه حل قابل اعتماد برای طراحی پیچیده و تولید کارآمد تراشه های میکروسیالی فراهم می کنند.
 

با نگاهی به آینده ، با پیشرفت فناوری لیزر Femtosecond ، برنامه های کاربردی آن در زمینه تراشه های میکروسیالی پیش بینی می شود ، نوآوری و پذیرش گسترده تر در مناطقی مانند داروهای دقیق ، نظارت بر محیط زیست و بیوالیز.