高聚物生物芯片材料激光加工性能分析

用准分子激光对高聚物材料进行微加工制作,可以获得比较理想的高聚物基生物芯片。根据对制作生物芯片材料的性能要求,比较了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)对不同波长激光的光波透过率,测量了高聚物材料经准分子激光加工后的微结构,并得出准分子激光对不同材料的刻蚀速率与入射激光能量密度之间的关系。结果表明,PMMA和PC都能够完全吸收KrF准分子激光能量,可以用准分子激光在表面进行微加工制作生物芯片;用PMMA制作出的生物芯片,在使用时对检测结果的质量影响比PC小;对于相同的入射激光能量密度,准分子激光对PMMA的刻蚀率比PC高;由于与准分子激光之间的反应机理不同,PMMA更容易被加工,但是加工后的微结构质量较PC差。     

PMMA基PCR微流控生物芯片准分子激光加工

采用准分子激光在PMMA基片上刻蚀加工出PCR微流控生物芯片,分析了准分子激光能量密度和工作台移动速度对微通道加工质量(深度及粗糙度)的影响,加工过程中选择较低的激光能量密度和较高的工作台移动速度,都有利于获得底面更加光滑的微通道。通过热键合的方法制备出完整的密闭式PCR微流控生物芯片。     

基于准分子激光工艺制作X射线光掩膜

LIGA工艺是一项能够应用于制造三维微机械结构的微细加工技术,但制作掩膜版工艺复杂、成本高。为了解决商用的微光学系统制造成本问题,在Au薄膜上用准分子激光直写的方法制作掩膜,这样既能够很快得到雏形,同时也能够降低制作的掩膜版的成本。分析讨论了基于电子束制作掩膜版和基于准分子激光制作掩膜版两种方法,得出了准分子激光制作的掩膜在成本和时间上都有优势的结论。将通过准分子激光技术制作的掩膜置于X射线下,在PMMA基板上可以加工很好的三维微结构。通过依次直接激光烧蚀金薄膜可以加工具有一系列微球状结构的吸收体图形,再将此图形转写到PMMA基板上,可以得到的最低像素为25μm。     

激光技术与应用

激光焊接微塑料元件；电子元件生产中的激光再加工；用激光加工使微流体元件快速成型；激光精细加工光学生物芯片；采用准分子激光器制作光电印刷线路板中的微反射镜。     

CO2激光切割PCR生物芯片储液池参数的研究

针对生物芯片中广泛应用的高聚物材料,利用其对波长为10.6 μm的CO2激光具有良好的吸收性这一特点,对生物芯片储液池进行加工.根据理论分析,提出影响切割表面粗糙度的主要因素在于激光功率P、切割速度Ve和离焦量L,并结合实验数据通过函数拟合得出经验公式,采用CO2激光加工的PCR生物芯片储液池,其切割面粗糙度可达0.05 μm,加工速度可达1 m/min,使生物芯片的批量生产和广泛应用向前迈出一大步.     

基于激光三角法对透明平板厚度测量光线补偿的研究及应用

提出了一种基于激光三角法光线折射补偿对透明平板厚度测量的方法,设计了基于单激光位移传感器的透明平板厚度测量装置,并应用于准分子激光投影光刻加工透明材料时的像面校准。首先构建了激光三角法测量情形下偏折光线和透明平板位置之间的关系,分析了散射光斑因折射发生的位置偏移量与平板厚度之间的关系,以及透明平板与散射基面的间距和散射基面位置的变化对测量结果产生的影响。然后设计了基于单激光位移传感器的透明平板厚度测量装置,实验验证了散射光斑偏移量和平板厚度之间的对应关系,测得了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)厚度测量的补偿系数为0.441。综合理论分析和实验验证,结果表明散射光斑偏移量与透明平板的厚度呈线性变化关系,透明平板与散射基面间距的大小对测量结果无影响,散射基面偏移量与传感器探头示数变化量相等。PMMA平板厚度测量的平均绝对误差小于0.01 mm,平均相对误差为0.6%,能够满足准分子激光(Kr F,248 nm)加工PMMA基生物芯片的精度要求。     

光生物芯片的激光微加工

光生物芯片将光学和微流体元件以及半导体光辐射装置结合起来。它可以广泛利用包括聚合物、玻璃和薄金属膜层等合适的材料来实现低成本装置。激光精细加工是一项能够实现这些材料的亚微米分辨率加工的可行的理想的加工技术。本文描述了利用激光微加工技术来实现一些光生物芯片和元件等。这些装置利用微流体和电动方法来实现微生物细胞的控制和表征。受激准分子激光微加工技术已经在制造复杂的微电极阵列和微流体沟道中得到了应用。为了实现垂直腔面发射LED和激光器的光能够在芯片中传输,准分子激光器也在制造片上微光学元件（例如微透镜和波导）中得到了应用。超快脉冲激光器已经成功应用于构造晶片级的半导体光发射器件中。在实现这些有源晶片的表面图形化和体加工时能够保持其功能不变。本文主要介绍了超快激光器和准分子激光器在实现结构制作方面为晶片反应室内提供环状光照明的用途。该工作中采用的激光微加工技术仅需要很少的后处理,因此可以使得这些元件能够满足光生物芯片从少量到大量的生产。     

准分子激光微加工技术结合模塑技术加工微流控芯片

利用准分子激光微加工技术与模塑技术相结合的方法制造微流控芯片。用准分子激光在玻璃基胶层上刻蚀出加工质量较高的微流控生物芯片形貌,通过电铸技术对微流控芯片进行复制,得到反向金属模具。用金属模具通过注塑成型技术用聚碳酸酯注塑出微流控芯片。系统研究了准分子激光的能量密度和工作台移动速度对胶层微通道加工质量的影响;测量并分析了激光刻蚀加工出的微流控芯片原型、电铸的反向金属模板和注塑成型后的微流控芯片的轮廓精度和表面粗糙度,上表面尺度偏差不大于2μm,底面粗糙度小于20 nm。对注塑出的微流控芯片和激光直写刻蚀的几何结构相同的微流控芯片的流动性能进行比较测试。在流速较小时,用激光微加工技术与模塑技术相结合的方法加工的微通道比准分子激光直写法所加工的微通道流动性能更好。     

基于准分子激光加工技术的内嵌光纤型微流控器件的制备

为了方便、快速、低成本地检测样品,提出一种内嵌光纤型微流控芯片的制备方法.利用248 nm的KrF准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上进行微加工,构建芯片结构,并嵌入腐蚀过的直径35μm的单模光纤,从而形成内嵌光纤型芯片.探讨了准分子激光加工参数以及嵌入光纤的方法.结果表明,用准分子激光加工芯片,可控性好、简便可靠、加工过程可实现无人化.内嵌光纤实现了光纤的相互对准以及光纤对流道中央的对准,可以灵敏地获取样品的光学信号.     

193 nm和308 nm准分子激光对聚合物刻蚀特性的比较

描述了两种典型准分子激光 (XeCl:30 8nm ,30ns和ArF :193nm ,17ns)对三种常用聚合物PC ,PI和PMMA的刻蚀实验研究。着重讨论准分子激光对聚合物的刻蚀机制 ,并比较了这两种激光对三种聚合物的刻蚀性能。     

准分子激光与角膜组织的相互作用及在屈光矫正中的应用

准分子激光在屈光手术中获得了迅速发展，193nm的准分子激光刻蚀角膜表面，改变角膜表面的光学结构从而矫正屈光不正，而且由于其微小的力学和热效应，不会损伤邻近组织。本文研究了激光和生物组织的相互作用，定性确定了光斑与角膜表面粗糙度关系，定量分析了193nm准分子激光高斯光束的切削量与能量密度的关系，在此基础上，给出准分子激光应用到眼科治疗机中的原理图、屈光程度与激光消融量的关系和具体算法，最后通过PMMA板的实验验证，并已应用到临床，取得了良好的效果。     

紫外激光刻蚀位相光栅实验初步研究

描述308nm和193nm波长准分子激光对PI、PC和PMMA三种聚合物的微刻蚀实验,并从刻蚀表面光洁度、边缘锐利和垂直度、刻蚀阈值等方面对刻蚀特性进行了讨论和比较.其中308nm激光对PC和PMMA刻蚀性能很差,而193nm激光刻蚀PI和PC,以及308nm激光刻蚀PI都能达到微米级横向分辨率和亚微米级深度精度,通过这种方法成功地刻蚀出了二阶位相光栅.     

KrF准分子激光刻蚀PMMA研究

为了研究准分子激光刻蚀聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的内在机理,将波长为248nm的KrF准分子激光垂直照射到PMMA材料表面,改变激光能量和脉冲数目,在大气背景下进行实验,照射后样品的表面形貌及化学结构用扫描电子显微镜（SEM）、3维形貌分析仪、X射线光电子能谱（XPS）等手段进行分析。SEM测试表明,在刻蚀区域出现孔状结构,说明刻蚀过程中有气体成分产生。XPS测试表明,激光照射后C1s峰的强度减弱而O1 s峰增强,据此推测PMMA侧链上的甲基被刻蚀掉且空气中的O2参与了反应。另外还研究了激光能量和脉冲数目对刻蚀率和表面粗糙度的影响。结果表明,随着激光能量和脉冲数目增加,刻蚀率和粗糙度并不是一直呈现递增的趋势。     

193nm准分子激光飞点扫描角膜的研究

本文详细叙述了 193nm准分子激光切削角膜屈光矫正的几种治疗模式 ,并以近视加散光为例 ,对准分子激光消融角膜量的数学模型进行了定量的推导。研究了准分子激光切削角膜的机理 ,提出了确定角膜切削所需的激光脉冲的数目和脉冲位置的方法。在此基础上研究了准分子激光飞点扫描的几种算法 ,并进行了相应的临床实验 ,通过比较得到了两种较好的飞点扫描算法 ,现已在手术中使用。     

采用KrF准分子激光制备聚合酶链式反应微流控芯片

采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或者玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大、自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法。通过对聚甲基丙烯酸甲酯准分子激光加工规律的研究,在19kV和18mm/min的优化加工参量下,在40mm×63mm的聚甲基丙烯酸甲酯基片上制备出了20个循环的聚合酶链式反应微流控芯片。芯片微通道横截面呈倒梯形,底面粗糙度小于0.5μm。微通道宽104μm,深56μm,长1040mm,加工耗时57min。该芯片和相同尺寸的盖片在160N和105℃条件下经过20min热压键合在一起,键合强度为0.85MPa。通过进样实验发现键合后的芯片具有良好的密封性。键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5℃和22.2℃,即该芯片可以实现聚合酶链式反应扩增。     

准分子激光屈光矫正系统及实验研究

以飞点扫描切削模式为基础,研制小光斑飞点扫描准分子激光角膜屈光矫正系统。利用此扫描系统做了PMMA板和角膜对比实验以及动物和盲眼实验。实验结果表明,该矫正系统具有治疗时间短、矫正精度高、角膜切削表面光滑,易于集成波前像差技术实现“个体化切削”方案等优点,具有较好的临床应用前景。     

准分子激光消融兔前列腺的实验研究

报道了使用ＸｅＣｌ准分子激光（３０８ｎｍ）照射兔前列腺标本。观察了在不同频率、不同介质等条件下对离体免前列腺组织的消融效果，测得损伤阈值为４００ｍＪ／ｃｍ２。结果表明，准分子激光具有消融效果高、对周围组织损伤轻、损伤范围易于控制等特点，具有实际临床应用的价值。