一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及微流道制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微流道是微反應(yīng)器和集成微流道系統(tǒng)的重要組成部分，其中，微反應(yīng)器也就是微通道反應(yīng)器，它利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之間的微型反應(yīng)器，微反應(yīng)器的“微”表示工藝流體的通道在微米級別，而不是指微反應(yīng)設(shè)備的外形尺寸小或產(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可以包含有成百萬上千萬的微型通道(即微流道)；集成微流道系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于化學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)療以及軍事等領(lǐng)域，在使用過程中能實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。玻璃和硅材料是制備微流道的高性能材料，主要是因其具有化學(xué)性能穩(wěn)定、可靠性高、對高溫高壓的抗性好以及利于電滲流驅(qū)動等優(yōu)點(diǎn)。

目前，常用的微流道加工方式是采用激光加工微流道，該方式具有工藝簡單、環(huán)保高效的優(yōu)點(diǎn)，在利用激光對玻璃進(jìn)行微流道加工時，由于玻璃材料的透過性好，能量較低的紅外波段的激光很難在玻璃表面聚焦，因此現(xiàn)有技術(shù)中需要采用能量較高的藍(lán)紫波段或者超快激光對玻璃進(jìn)行微流道加工，但是，由于藍(lán)紫波段或者超快激光的能量較高，則相應(yīng)的玻璃微流道的制備系統(tǒng)中所采用的激光器和各個光學(xué)元件的成本較高，使得現(xiàn)有技術(shù)中的玻璃微流道的制備系統(tǒng)的整體成本較高。

因此，如何提供一種解決上述技術(shù)問題的玻璃微流道的制備系統(tǒng)成為本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)，在使用過程中實現(xiàn)了利用紅外激光制備玻璃微流道，降低了整體成本。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)，包括第一移動平臺和切割頭透鏡組，所述第一移動平臺，用于依據(jù)計算機(jī)發(fā)出的控制指令在x/y平面上移動；還包括紅外激光器以及固定在第一移動平臺上的基板，其中：

紅外激光器，用于發(fā)射紅外激光；

切割頭透鏡組，用于接收所述紅外激光并使所述紅外激光聚焦在所述基板的上表面上，以便對放置在所述基板的上表面的玻璃基片進(jìn)行微流道背刻得到玻璃微流道基片。

可選的，所述裝置還包括激光清洗裝置，用于接收所述紅外激光并利用所述紅外激光對所述玻璃微流道基片進(jìn)行激光清洗，以祛除微流道中的殘渣。

可選的，所述系統(tǒng)還包括光路切換器件，用于改變所述紅外激光的光路方向，使所述紅外激光射入至所述激光清洗裝置的接收端。

可選的，所述激光清洗裝置包括：

固定在所述第二移動平臺上的激光清洗夾具，用于放置所述玻璃微流道基片；

x/y掃描振鏡，用于接收并發(fā)送所述紅外激光，并確定所述紅外激光的掃描范圍；

一端與所述x/y掃描振鏡的輸出端連接的聚焦鏡，用于對所述紅外激光的焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使所述焦點(diǎn)聚焦在所述玻璃微流道基片的下表面上。

可選的，所述系統(tǒng)還包括激光光束整形裝置，用于對所述紅外激光進(jìn)行整形處理，并將整形處理后的紅外激光發(fā)送至所述x/y掃描振鏡。

可選的，如上述所述的玻璃微流道的制備系統(tǒng)，所述基板為石墨基板。

可選的，所述石墨基板為表面進(jìn)行拋光處理后的石墨基板。

可選的，所述切割頭透鏡組的側(cè)壁上設(shè)有橫穿所述側(cè)壁的進(jìn)氣口。

可選的，所述紅外激光的波長范圍為700～1400nm，所述紅外激光的頻率范圍為10～100KHz。

可選的，所述x/y掃描振鏡的掃描速度為50～2000mm/s。

本發(fā)明提供了一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)，包括第一移動平臺和切割頭透鏡組，第一移動平臺，用于依據(jù)計算機(jī)發(fā)出的控制指令在x/y平面上移動；還包括紅外激光器以及固定在第一移動平臺上的基板，其中：紅外激光器，用于發(fā)射紅外激光；切割頭透鏡組，用于接收紅外激光并使紅外激光聚焦在基板的上表面上，以便對放置在基板的上表面的玻璃基片進(jìn)行微流道背刻得到玻璃微流道基片。本發(fā)明在使用的過程中將玻璃基片放置在基板上，基板固定在第一移動平臺上，切割頭透鏡組將紅外激光器發(fā)射的紅外激光聚焦在基板的上表面上即玻璃基片和基板的接觸面處，紅外激光作用下一部分能量被基板吸收使其氣化產(chǎn)生高壓，另一部分能量被基板反射至玻璃基片的下表面使玻璃基片吸收進(jìn)一步形成背刻，同時控制第一移動平臺在x/y平面上移動使玻璃基片上形成微流道從而完成玻璃微流道的制備得到玻璃微流道基片。本發(fā)明實現(xiàn)了利用紅外激光制備玻璃微流道，降低了整體成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對現(xiàn)有技術(shù)和實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的另一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本申請所提供的利用紅外激光背刻形成的微流道的局部放大示意圖；

圖4為本申請所提供的利用激光清洗后的微流道的局部放大示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)，在使用過程中實現(xiàn)了利用紅外激光制備玻璃微流道，降低了整體成本。

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參照圖1，圖1為本發(fā)明提供的一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

該系統(tǒng)包括第一移動平臺1和切割頭透鏡組2，第一移動平臺1，用于依據(jù)計算機(jī)發(fā)出的控制指令在x/y平面上移動；還包括紅外激光器3以及固定在第一移動平臺1上的基板4，其中：

紅外激光器3，用于發(fā)射紅外激光；

切割頭透鏡組2，用于接收紅外激光并使紅外激光聚焦在基板4的上表面上，以便對放置在基板4的上表面的玻璃基片進(jìn)行微流道背刻得到玻璃微流道基片。

需要說明的是，利用本發(fā)明所提供的玻璃微流道的制備系統(tǒng)在進(jìn)行玻璃微流道制備的時候，將玻璃基片(圖1中位于基板4上的透明基片)放置在基板4的上表面上，使玻璃基片的下表面與基板4的上表面緊密貼合在一起，開啟紅外激光器3，并且使紅外激光器3發(fā)射紅外激光(即脈沖紅外激光)通過切割頭透鏡組2中的透鏡的焦點(diǎn)，通過縱向調(diào)節(jié)切割頭透鏡組2使透過切割頭透鏡組2的紅外激光光束聚焦在基板4的上表面上，也就是使紅外激光光束聚焦在基板4和玻璃基片的接觸面處。在紅外激光的作用下，一部分能量被基板4吸收，基板4的溫度升高，當(dāng)基板4吸收足夠的能量使其上表面的溫度達(dá)到基板4的氣化溫度時基板4氣化，使基板4與玻璃基片的接觸面處的氣壓壓強(qiáng)增大從而產(chǎn)生高壓；另一部分能量經(jīng)基板4反射后被玻璃基片的下表面吸收，吸收能量后的玻璃基片的下表面的溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到玻璃的熔點(diǎn)時，玻璃熔化，從而形成背刻。通過計算機(jī)控制第一移動平臺1的運(yùn)動軌跡，即控制第一移動平臺1在x/y平面上運(yùn)行(具體的，可以通過在計算機(jī)上編寫相應(yīng)的程序，再通過計算機(jī)下達(dá)相應(yīng)的指令來控制第一移動平臺1進(jìn)行相應(yīng)的移動)，從而帶動固定在第一移動平臺1上的基板4進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動，進(jìn)一步使放置在基板4上的玻璃基片進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動，從而實現(xiàn)在玻璃基片的背面(下表面)進(jìn)行微流道的劃刻，以制備長玻璃微流道基片。

本發(fā)明提供了一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)，包括第一移動平臺和切割頭透鏡組，第一移動平臺，用于依據(jù)計算機(jī)發(fā)出的控制指令在x/y平面上移動；還包括紅外激光器以及固定在第一移動平臺上的基板，其中：紅外激光器，用于發(fā)射紅外激光；切割頭透鏡組，用于接收紅外激光并使紅外激光聚焦在基板的上表面上，以便對放置在基板的上表面的玻璃基片進(jìn)行微流道背刻得到玻璃微流道基片。本發(fā)明在使用的過程中將玻璃基片放置在基板上，基板固定在第一移動平臺上，切割頭透鏡組將紅外激光器發(fā)射的紅外激光聚焦在基板的上表面上即玻璃基片和基板的接觸面處，紅外激光作用下一部分能量被基板吸收使其氣化產(chǎn)生高壓，另一部分能量被基板反射至玻璃基片的下表面使玻璃基片吸收進(jìn)一步形成背刻，同時控制第一移動平臺在x/y平面上移動使玻璃基片上形成微流道從而完成玻璃微流道的制備得到玻璃微流道基片。本發(fā)明實現(xiàn)了利用紅外激光制備玻璃微流道，降低了整體成本。

請參照圖2，圖2為本發(fā)明所提供的另一種玻璃微流道的制備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述實施例的基礎(chǔ)上：

可選的，裝置還包括激光清洗裝置，用于接收紅外激光并利用紅外激光對玻璃微流道基片進(jìn)行激光清洗，以祛除微流道中的殘渣。

需要說明的是，由于在制備玻璃微流道基片的過程中所形成的微流道和玻璃的背面會沉積一些基板氣化后所形成的微顆粒和玻璃熔化后的熔渣濺射物，為了得到質(zhì)量更優(yōu)的玻璃微流道基片，則本發(fā)明還提供了激光清洗裝置，該激光清洗裝置的接收端可以接收紅外激光器3發(fā)射的紅外激光，具體的調(diào)節(jié)紅外激光器3的位置或者調(diào)節(jié)紅外激光器3的激光發(fā)射方向時其所發(fā)射的激光射入激光清洗裝置的接收端，該激光清洗裝置接收到紅外激光后將利用該紅外激光對通過紅外激光背刻所制備的玻璃微流道基片的背面(刻有微流道的一面)進(jìn)行激光清洗，進(jìn)一步祛除殘留在微流道和玻璃基片背面的微顆粒和熔渣濺射物，以得到質(zhì)量更優(yōu)的玻璃微流道基片。請參照圖3和圖4，圖3為本申請所提供的利用紅外激光背刻形成的微流道的局部放大示意圖；圖4為本申請所提供的利用激光清洗后的微流道的局部放大示意圖。

可選的，系統(tǒng)還包括光路切換器件，用于改變紅外激光的光路方向，使紅外激光射入至激光清洗裝置的接收端。

具體的，本申請中還包括光路切換器件，當(dāng)紅外激光器3的位置固定不變，并且需要對玻璃微流道基片進(jìn)行激光清洗時，如圖2所示紅外激光器3的位置在如圖所示的位置固定不變，則此時需要利用光路切換器件對紅外激光器3所發(fā)射的紅外激光的光路方向進(jìn)行切換，以使紅外激光可以射入至激光清洗裝置的接收端，也就是將光路切換器件按照圖2中的位置放置即可使紅外激光器3所發(fā)射的紅外激光射入激光清洗裝置的接收端(當(dāng)然，當(dāng)系統(tǒng)包括激光光束整形裝置7時則通過該激光光束整形裝置7射入激光清洗裝置的接收端)；當(dāng)需要利用紅外激光對玻璃基片進(jìn)行背刻以形成玻璃微流道基片時則可以將該光路切換器件豎直放置(即可以光路的方向平行)以便紅外激光可以順利的射入切割頭透鏡組2的接收端。

顯而易見的，該光路切換器件即相當(dāng)于一個光路開關(guān)，打開該光路切換器件至圖2中的位置則可以使紅外激光的改變傳播方向，關(guān)斷該光路切換器件使其豎直放置則可以使紅外激光沿著原來的方向進(jìn)行傳播。可選的，激光清洗裝置包括：

固定在第二移動平臺51上的激光清洗夾具52，用于放置玻璃微流道基片；

x/y掃描振鏡53，用于接收并發(fā)送紅外激光，并確定紅外激光的掃描范圍；

一端與x/y掃描振鏡53的輸出端連接的聚焦鏡54，用于對紅外激光的焦點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使焦點(diǎn)聚焦在玻璃微流道基片的下表面上。

具體的，將需要進(jìn)行激光清洗的玻璃微流道基片(圖2中位于激光清洗夾具51上的透明基片)放置在激光清洗夾具52上，并且玻璃微流道基片中刻有微流道的一面朝下，其中激光清洗夾具52固定在第二移動平臺51上，x/y掃描振鏡53的接收端作為激光清洗裝置的接收端接收紅外激光，同時確定紅外激光的掃描范圍，并將紅外激光發(fā)送出去，聚焦鏡54接收x/y掃描振鏡53發(fā)送的紅外激光，并將紅外激光的焦點(diǎn)聚焦在被清洗的玻璃微流道基片的下表面上(具體的可以通過微調(diào)第二移動平臺51可聚焦鏡54使紅外激光聚焦在被清洗的玻璃微流道基片的下表面上)，紅外激光聚焦的地方溫度較高，再結(jié)合x/y掃描振鏡53在其所設(shè)定的掃描范圍內(nèi)(x/y平面上)快速掃描(掃面速度可以為1000mm/s)，對玻璃微流道基片的微流道和玻璃的背面所沉積的微顆粒和熔渣濺射物進(jìn)行燒蝕或沖擊，以去除所沉積的微顆粒和熔渣濺射物，當(dāng)玻璃微流道基片被清洗干凈后紅外激光會透過玻璃，此時便可以停止對玻璃微流道基片清洗。對與將玻璃微流道基片清洗干凈后紅外激光會直接穿過玻璃，并且不會造成損傷。

需要說明的是，將清洗干凈的玻璃微流道基片先后放入無水乙醇和去離子水的超聲波清洗儀中清洗，烘干后便完成了玻璃微流道的制備。

可選的，系統(tǒng)還包括激光光束整形裝置，用于對紅外激光進(jìn)行整形處理，并將整形處理后的紅外激光發(fā)送至x/y掃描振鏡53。

需要說明的是，由于紅外激光器3所發(fā)射的紅外激光的光斑能量密度分布不均勻，在對玻璃微流道進(jìn)行激光清洗時，紅外激光的光斑能量密度的不均勻分布能會導(dǎo)致某些能量密度較低的位置清洗的不徹底，從而影響清洗質(zhì)量。

針對上述問題，本發(fā)明還提供了激光光束整形裝置7，該激光光束整形裝置7可以對入射的紅外激光進(jìn)行整形處理得到光斑能量密度分布更加均與的紅外激光，并將光斑能量密度分布更加均與的紅外激光發(fā)射至激光清洗裝置中的x/y掃描振鏡53的接收端，以提高激光清洗的質(zhì)量。

可選的，如上述的玻璃微流道的制備系統(tǒng)，基板4為石墨基板41。

需要說明的是，由于石墨的吸熱性能比較好，其氣化后所形成的微顆粒易于清洗，并且利用石墨為基板通過激光背刻以形成玻璃微流道，易獲得復(fù)雜分布的微流道結(jié)構(gòu)且溝槽具有較高深寬比，所以本申請中的基板4優(yōu)選為石墨基板41。當(dāng)然，本發(fā)明中的基板4不僅限于采用石墨基板41還可以采用其他材質(zhì)的基板，本發(fā)明對此不做特殊的限定，能實現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，石墨基板41為表面進(jìn)行拋光處理后的石墨基板41。

具體的，可以對本申請中的石墨基板41的表面進(jìn)行拋光處理，可以進(jìn)一步保證玻璃基片與石墨基板41緊密貼合以提高背刻質(zhì)量。

可選的，所述切割頭透鏡組2的側(cè)壁上設(shè)有橫穿所述側(cè)壁的進(jìn)氣口21。

需要說明的是，由于玻璃基片吸收了經(jīng)基板反射的一部分能量，所以玻璃基片的溫度會升高，并且可能出現(xiàn)某處溫度比較聚集，這種現(xiàn)象容易使玻璃出現(xiàn)裂紋或炸裂，所以優(yōu)選的本申請中所提供的切割頭透鏡組2的側(cè)軸上設(shè)置有一個進(jìn)氣口21，并且在進(jìn)行玻璃微流道制備的過程中保證該進(jìn)氣口21不斷通入壓縮空氣，以便防止背刻過程中因溫度聚集出現(xiàn)玻璃裂紋或炸裂的現(xiàn)象。另外，進(jìn)氣口21所輸入的壓縮空氣的壓強(qiáng)可以為0.5MPa，當(dāng)然壓縮空氣的具體壓強(qiáng)不僅限于為0.5MPa還可以為其他數(shù)值，本發(fā)明對此不做特殊的限定，能實現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可選的，紅外激光的波長范圍為700～1400n，紅外激光的頻率范圍為10～100KHz?？蛇x的，紅外激光的能量密度范圍為100～500J/cm²。

可選的，x/y掃描振鏡53的掃描速度為50～2000mm/s。

需要說明的是，本申請中的紅外激光的波長范圍優(yōu)選的為700～1400nm；上述紅外激光的脈寬范圍優(yōu)選的為10～200ns；上述紅外激光的能量密度范圍優(yōu)選的為100～500J/cm²；上述紅外激光的頻率范圍優(yōu)選的為10～100KHz；上述激光振鏡掃描速度范圍50～2000mm/s；上述激光切割頭背刻劃切次數(shù)為1～10次，激光清洗掃描次數(shù)1～20次。

在本實施例中，用于背刻激光束的激光器的波長為1064nm、脈寬為100ns、能量密度為198.4J/cm²、頻率為40KHz、劃切次數(shù)2次。用于激光清洗修復(fù)初步成形微流道的脈寬為100ns、能量密度為88.16J/cm2、掃描速度為1000mm/s、頻率為40KHz、掃面次數(shù)3次。當(dāng)然，上述各個參量的具體數(shù)值不僅限于上述取值，分別還可以選擇其他合理的數(shù)值，具體的可以根據(jù)實際情況而定，本發(fā)明對此不做特殊的限定，能實現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。

可見，本發(fā)明將激光背刻裝置與激光清洗裝置相結(jié)合以制備微流道，使用本發(fā)明進(jìn)行玻璃微流道制備的過程無需使用化學(xué)試劑和掩模，安全環(huán)保，加工設(shè)備便于集成實現(xiàn)自動化，且具有加工速率高、加工成本低的優(yōu)點(diǎn)。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。