[发明专利]面向微流体系统的玻璃基仿生微通道加工装置及加工方法

说明书

技术领域

    本发明属于微纳加工与微流体器件技术及其装备领域，涉及基于玻璃软化成型工艺的仿生微纳通道加工装置及其加工方法，尤其适用于制作微流控芯片、微混合器、微量检测等微流体系统的微通道。

背景技术

    近年来，微流体系统在生物、医疗、微化工、环境检测等领域得到了广泛应用，对其性能、精度、成本等方面提出了越来越苛刻的要求。微流体系统通常由微驱动源、微流路（包括微通道与进出接口）、微阀、储液池、混合（反应）室等单元组成，其中微通道具有其它单元的连接和替代功能，可执行流体输运、操作、处理等操作，是微流体系统的核心元件。

目前，微通道加工工艺可分为三种类型：第一类是基于蚀刻、光刻、腐蚀等技术的微机械加工工艺（[1]Verpoorte E, De Rooij NF. Microfluidics meets MEMS[J].Proceedings of the IEEE, 2003, 91(6)：930-953. [2]林金明，李海芳.高聚物微流控芯片的制备方法[P].中国专利：ZL200410042716.4，2009-07-01.），适合于硅及其氧化物、玻璃、高聚物等材料的微通道加工，可达微米或亚微米量级，但微通道截面形状包括三角形、矩形和半圆形三种；第二类是用于高分子聚合物的热压印和热键合技术（李经民.学位论文：热塑性聚合物立体结构微流控器件制作方法及相关理论研究[D].大连：大连理工大学，2012（3）.），所加工微通道截面形状与微机械加工工艺的类似，单件成本较低，但尺寸精度较低，且冷却脱模时会产生变形或应力集中；第三类是基于玻璃热变形的毛细管拉制工艺（张晓乐，侯丽雅，章维一.玻璃三通微流体管道热流变拉制仪设计及实验[J].光学 精密工程，2008，16（9）：1706-1711.），可制作尺寸单一的圆形截面微管道，尺寸达亚微米量级，但缺少储液池、混合（反应）室等功能单元，且系统封装难度大。总体上，现有微通道加工工艺包括成型、键合和封装这三道工序，轴线仅能在平面内呈直线或折线分布，截面形状多呈三角形、矩形或半圆形，刚性表面粗糙不均，造成流动阻力较大，是影响微流体系统性能的重要因素。

上述三种微通道加工工艺的装备均以基本成熟，微机械加工需使用圆晶生长装置、化学腐蚀装置、真空蒸发系统、离子溅射仪、气相沉积仪和光刻机等重大设备，其加工环境、精度等方面要求高，制造难度大，成本高，依赖进口。热压印和热键合技术的装备主要是针对高分子聚合物的热压印成形与键合装置（温敏.学位论文：塑料微流控芯片微通道热压成形及键合工艺研究[J].大连：大连理工大学，2005（3）.），该装置以机械机构为主体，辅以温控系统，国内自主研制，成本较低，但加工工艺参数的精确设置难度较大，且被加工零件的精度和强度提高较难。玻璃毛细管拉制成形工艺装备多处于自主研制阶段（穆莉莉，侯丽雅，章维一.石英微流体器件制备仪的研制与实验研究[J].中国机械工程，2010，21（13）：1581-1585.），可进行拉制、锻制、开孔、焊接等操作，但所加工微器件多为较短的微针，且开孔、焊接等操作均以宏观玻璃毛细管为对象。

而自然界中普遍存在的生物微通道，如家蚕丝腺、血液循环系统（尤指毛细血管）等，截面均呈规整圆形，尺寸在毫米至纳米范围内连续变化，各部位材料的组织、性质均匀一致，但其内部具有优异的流动性能，对人工微通道研究具有良好的启示作用，研制适合于仿生微纳通道加工的专用装备具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种面向微流体系统的玻璃基仿生微纳通道加工装置及加工方法，结合仿生微纳通道结构特点与玻璃热加工工艺，以毫米级玻璃毛细管为毛坯，通过拉伸细化、软化吹制和软化收缩等方法，加工出具有不同功能单元的玻璃基仿生微通道，可精确加工出符合微流体系统应用要求的微纳通道，且加工装置结构简单、成本低廉。

技术方案：为解决上述技术问题，一种面向微流体系统的玻璃基仿生微通道加工装置，包括玻璃毛细管、与玻璃毛细管连接的左夹持器和右夹持器，所述玻璃毛细管一端通过电磁调压阀、过滤器与高压气源连接，玻璃毛细管另一端密封并与电磁控制阀连接，左夹持器和右夹持器分别位于同轴的左滑块和右滑块上，玻璃毛细管中间部位设有加热器件，所述加热器件与调压器连接，所述调压器与电源连接，左滑块、右滑块和加热器件分别固定在第一传动平台、第二传动平台和第三传动平台上，所述第一传动平台、第二传动平台、第三传动平台、电磁调压阀和电磁控制阀都与中心处理器连接，玻璃毛细管内部的压力可通过电磁电压阀调节。