[发明专利]在多孔玻璃内部制备三维微流通道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳秒激光加工，特别是一种在多孔玻璃内部制备三维微流通道的方法。

背景技术

与传统的硅芯片集成电路类似，近年来迅速发展并在化学和生物分析领域取得显著关注的芯片上的实验室和微全分析系统能够在一个芯片大小的区域内实现各种功能性微结构的集成，从而完成生物和化学分析中的各种常规与特殊功能，如混合、分离和检测等，实现化学与生物分析过程的微型化、自动化、集成化与便携化。相对于传统生化分析技术，这种芯片系统为我们提供了一种结构微小而功能全面的分析技术平台。

迄今为止，制备微流通道主要依靠光刻技术，但其本质是一项平面加工技术，无法直接加工制备三维微纳结构。此外，传统的硅基光刻技术主要是针对微电子学元件进行集成；而在硅芯片上实现微流体、微光学等功能性元件仍存在严峻的技术挑战。因此，为了追求具有多功能的三维几何微纳器件，发展新的微纳制备技术很有必要。(参见文献：H Craighead.，Nature，Vol.442，P 387，2006)

当前，飞秒激光微加工技术以其加工精度高、热效应小、损伤阈值低和可以对透明材料实现三维微加工等优点尤其适用于各种微结构的制备。利用飞秒激光微加工技术结合后期的热处理和HF酸腐蚀等辅助过程，人们在一种名叫Foturan的光敏玻璃内部加工出内径为十微米量级的三维微通道，并演示了其混合两种溶液的功能(参见文献：M.Masuda，K.Sugioka，et al.，Applied Physics A，Vol.76，P857，2003)；此外也有人直接利用紧聚焦飞秒激光束在浸泡于水中的玻璃芯片内部加工出微腔(参见文献：An R，Li Y，et al.，Applied Physics A，Vol.83，P 27，2006)，但用这两种方法加工时，通道容易被碎屑堵塞，其长度往往仅有几百个微米，纵横比受到极大限制。

近期，我们提出了一种基于飞秒激光在多孔玻璃基底中制备任意长度、任意构型的三维微流通道的新方法(参见文献：Liao Y，Ju Y，et al.，Opt.Lett.Vol.35：P 3225，2010)，彻底解决了纵横比的问题。但是飞秒激光器价格昂贵，极大地阻碍了微纳加工技术在高校和工业界的发展及其应用前景。

发明内容

本发明要解决的关键问题在于提供一种在多孔玻璃内部制备三维微流通道的方法，该方法用非常廉价的Nd:YAG倍频激光器在多孔玻璃内部进行加工，并得到三维微流通道，不仅可以节省成本，而且Nd:YAG倍频激光器功率非常稳定，可极其广泛地应用于高校和工业界。

本发明的技术解决方案如下：

一种在多孔玻璃内部制备三维微流通道的方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①先将待加工的多孔玻璃块固定在一个透明的玻璃容器中，再将该玻璃容器固定在一个三维平移台上，然后在所述的玻璃容器中注入罗丹明溶液，将所述的多孔玻璃完全淹没；

②Nd:YAG倍频激光器发出的倍频光依次经小孔光阑、衰减片至分色镜，经该分色镜反射，显微物镜聚焦于所述的多孔玻璃内部，第一电脑中的程序控制驱动装置驱动所述的三维平移台运动，三维平移台的运动又导致所述的多孔玻璃运动，冷光源发出的光通过所述的玻璃容器之底照射所述的多孔玻璃底部，透射光线经所述的显微物镜聚焦，透过所述的分色镜后，由CCD接收，该CCD接收的图像输出至第二电脑并显示，以便实时观察到整个加工过程；

③光路调整好后，启动所述的Nd:YAG倍频激光器、冷光源、第一电脑和第二电脑，所述的Nd:YAG倍频激光器发出的中心波长为532nm，脉冲宽度为8ns，重复频率为10Hz的倍频光，依次经所述的小孔光阑、衰减片至分色镜，经该分色镜反射，显微物镜聚焦于所述的多孔玻璃内部，渗透到多孔玻璃内部的罗丹明溶液正好吸收波长为532nm的倍频激光的同时产生大量热能，烧蚀多孔玻璃内部，随着第一电脑控制并通过所述的驱动装置驱动所述的三维平移台运动，带动手段多孔玻璃(9)运动，从而加工出三维微流通道；

④将加工完毕之后的多孔玻璃放入炉中进行热处理：以1℃/min的速度上升到1120℃，维持1120℃两小时之后，再降温到常温。

与以往的技术相比较，本发明的优点在于：

1、成本低廉：相比飞秒激光器，Nd:YAG倍频激光器价格非常低廉，能够广泛地应用于高校和工业界。

2、状态稳定：Nd:YAG激光器可以日夜不停歇工作，功率稳定。而飞秒激光器对环境的要求相对比较高。