[实用新型]一种膜片钳芯片微孔加工装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光微孔加工装置，尤其涉及一种膜片钳芯片微孔加工装置。

技术背景

膜片钳技术是离子通道研究中的重要技术。经典膜片钳虽然具有技术信息含量大、分辨率高的优点，但是通量低、操作烦琐、实验条件要求高等缺点限制了它在细胞生理和药物发现等研究中的应用。因此膜片钳芯片技术应运而生。膜片钳芯片技术能够进行高通量的电生理测量、自动形成高阻抗封接，并能与光学测量手段相结合，它促进了离子通道和高通量药物筛选的研究。膜片钳芯片技术采用带有微米级孔洞的平面结构代替玻璃微电极(如图1所示)与细胞形成封接，只需将细胞悬液滴在孔洞上，施加一个负压或是一个静电场，将细胞引导到孔洞上，再施加一个负压即可使细胞与芯片间形成高阻抗封接。这样操作更加方便、快捷。并且可将芯片制作为电极阵列对多个细胞同时进行记录。上述膜片嵌芯片的微孔呈漏洞状(如图2所示)，微孔的入口孔径大于出口孔径，微孔入口孔径的范围为2～10μm，微孔出口孔径的范围为1～2μm，这种结构有利于细胞悬液的灌注。

目前，已经采用的制作膜片钳芯片的材料有硅、石英晶体或玻璃和有机聚合体。采用基于硅材料基底制作的膜片钳芯片，在打孔实验中存在一系列的问题，难以形成上述漏洞状微孔；利用石英晶体良好的绝缘性质制作的膜片钳芯片，可以用标准的平面加工技术，得到微米到亚微米级的孔洞，实验中发现这种膜片钳芯片的性能参数很好，但是打出的孔洞的形状总是三角形，使得细胞与芯片间很难形成高阻抗的封接；玻璃和有机聚合体也很好的绝缘材料，而且还具有透明，方便观察以及可与其他光学检测手段如荧光检测技术相结合的优点，玻璃膜片钳芯片与细胞能较好地形成高阻抗封接。另外，玻璃具有很好的电和机械性质、表面具有亲水性，是比较理想的膜片嵌芯片材料。

目前在玻璃上加工微孔的方法通常采用单个离子追踪刻蚀技术，在芯片上加工的孔洞直径可达1μm，甚至更小，且孔洞圆润、光滑。但是该方法效率比较低，推广难度较大。因此如何在玻璃上加工出1～10μm孔径的漏洞状微孔是大规模应用膜片钳芯片技术的关键。

众所周知，激光打孔加工是激光加工技术的重要组成部分，激光打孔与其他打孔方法相比，最大区别是它具有高速、高精度和高适应性的特点。除此之外，它还具有打孔均匀、热影响区小、加工时无噪声、切缝边缘垂直度好、切边光滑、加工过程容易实现自动化控制等优点，但是目前的激光打孔技术最小加工的孔径在100μm左右，且难以打出漏洞状微孔。另外，传统的YAG激光和CO₂激光很难作用于玻璃材料，加工的效果差，而且所加工的玻璃很容易产生裂纹和崩边，不能满足膜片嵌芯片加工的要求。因此如何将激光打孔技术应用到膜片嵌芯片的加工是我们要解决的关键问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能实现在玻璃上加工微米级孔洞的膜片钳芯片微孔加工装置。

为实现此目的，本实用新型所设计的一种膜片钳芯片微孔加工装置，其特征在于：它包括紫外激光器、扩束镜、调节光圈、聚焦镜和玻璃膜片钳芯片夹具，其中，所述紫外激光器的输出光路上设置扩束镜，扩束镜的输出光路上设置调节光圈，调节光圈的输出光路上设置聚焦镜，聚焦镜的输出光路上设置玻璃膜片钳芯片夹具。

它还包括反射镜，调节光圈的输出光路上设置反射镜，反射镜的反射输出光路上设置聚焦镜。

它还包括计算机数控系统和运动控制平台，其中，所述计算机数控系统的激光控制信号输出端连接紫外激光器的控制接口，计算机数控系统的位置控制信号输出端连接运动控制平台的控制接口，所述玻璃膜片钳芯片夹具置于运动控制平台上。

所述扩束镜的激光扩束倍数为8～10倍。

所述调节光圈的光圈直径可调范围为1.2mm～1.8mm。

所述聚焦镜为远心透镜，聚焦镜的聚焦半径最小为0.7μm。

所述紫外激光器发出的紫外高斯激光束的波长范围为266～355nm。

所述紫外激光器发出的紫外高斯激光束的频率范围为10～100KHz，脉宽范围为15～50ns，功率为1～7瓦。

下面介绍本发明的激光微孔加工原理。

1)紫外激光与玻璃无机材料的相互作用机理：