基于紫外激光微技术的微通道加工和改性及装置研究

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紫外固化光学胶NOA61是一种透明无色的可在320nm-380nm紫外光照射下固化为100%实体的液态胶。NOA61胶在固化后,可在-150℃到+125℃温度范围正常工作。而在PCR微流控芯片中,由于酶的活性在100℃以下,因此,在PCR背景下,NOA61胶可以满足PCR耐温技术要求。  多数微流控芯片因生物微机电系统(BioMEMS)加工技术成熟而多采用玻璃、石英或者硅作为基板进行制作。因其价格低廉易于加工的特性,聚合物基底如PMMA材料在BioMEMS中占了越来越多的比重。采用准分子或CO2激光对PMMA基板进行微通道的加工,成为微流控芯片制作中一种重要的方法。但在实际的生物实验中发现,由于微通道的表面粗糙度会影响PCR试剂在通道中的流速,因此对微流控PCR芯片的扩增效果也会产生影响。  因此提出了一种微通道同轴气吹展和光预固化方法在准分子激光加工的微通道表面制备NOA61薄膜,并设计了同轴气吹展和光预固化的装置,介绍了实验设备的系统性设计过程,分别从主要器件介绍、系统硬件设计、系统软件设计三个部分进行详述。使用Altium Designer画出单片机最小电路及步进电机驱动电路,并对电路进行了仿真。对系统设计需求进行了分析,并根据需求提出了软件的流程、结构设计,并进行了代码的编写。  采用微通道同轴气吹展和光预固化方法在PMMA基微通道表面制备了NOA61薄膜,并讨论了该方法对微通道的亲水性和粗糙度的改善,并发现了一个现象,微通道同轴气吹展和光预固化制备NOA61涂层与静态流淌后固化后粗糙度和亲水性测量结果略有不同。因此得出以下结论:  1)采用同轴气吹展和光预固化NOA61涂层能较好改善PMMA微通道表面内壁,将微通道内壁粗糙度由2um降低到240nm,并将其内壁的疏水性(100°)改为亲水性(75°),且涂层有良好的均匀性,比PLD沉积锐钛相TiO2薄膜的技术成本低,适用于芯片一次性使用。  2)在同轴气吹展和光预固化NOA61涂层过程中,由于气压驱赶胶体,使得具有一定粗糙度的PMMA基板的粗糙度“峰顶”部分露出固化胶层表面,而胶体仅填充了粗糙度的“峰谷”部分,因此产生了与静态流淌NOA61固化后粗糙度和亲水性不同的结果。  3)静态流淌NOA61固化后的涂层有更好的粗糙度与亲水性,但涂层较厚,因此可通过改变气压压力来制备更好的NOA61薄层以达到与静态流淌式相同的粗糙度与亲水性,并同时得到较薄的涂层。
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