飛秒激光制備的功能化微流控芯片的研究.pdf

1、微流控芯片技術(shù)憑借其顯著的優(yōu)勢(shì):高集成度、試劑消耗量小、高效率、環(huán)境友好、微型化、可攜帶、低成本以及操控簡(jiǎn)單等，受到了廣泛的關(guān)注和研究，被譽(yù)為二十一世紀(jì)改變世界的七大技術(shù)之一。隨之微流控芯片的設(shè)計(jì)與加工作為微流控芯片技術(shù)的重要部分，引起了人們的重視。傳統(tǒng)的微流控芯片加工方法主要是基于MEMS技術(shù)的平面化工藝，得到的是2D微流控芯片，而3D微流控芯片具有更多高性能，該方法很難實(shí)現(xiàn)3D微流控芯片的加工，因此，3D微流控芯片的加工越來(lái)越急需解

2、決。
　　隨著激光技術(shù)不斷發(fā)展，脈沖寬度急劇減小，峰值功率大幅度提高，這使得飛秒激光在微納米加工領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，并占領(lǐng)一席之地。飛秒激光雙光子聚合加工方法憑借其高空間分辨率、真三維加工、加工熱效應(yīng)極低且可加工的材料種類廣泛等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在微流控芯片加工領(lǐng)域。與傳統(tǒng)微流控芯片加工方法相比，飛秒激光微納加工不需要掩模板，可以靈活可控地在微流控芯片中集成多樣化的3D微器件，賦予芯片更加優(yōu)良的性能。
　　在很多微流控芯片應(yīng)

3、用中，流速的實(shí)時(shí)測(cè)量是非常重要的。本文提出利用飛秒激光雙光子聚合加工方法在微流控芯片中成功集成了3D彈簧狀流量傳感器，與當(dāng)前已存在的流量傳感器的加工方式相比，飛秒激光雙光子聚合加工的真三維加工以及高空間分辨率等特性，使得加工過(guò)程更加方便、快捷，并且得到的3D彈簧結(jié)構(gòu)的特征尺寸可以達(dá)到幾微米，增大了彈簧對(duì)流速變化的敏感度，實(shí)現(xiàn)pl/min量級(jí)流速的檢測(cè)。另外，探究了不同厚度的彈簧狀流量傳感器對(duì)流速的響應(yīng)情況，不同厚度的彈簧狀流量傳感器可用

4、于不同范圍流速的檢測(cè)。該流量傳感器可以實(shí)時(shí)、精確地檢測(cè)微通道中的流速，且檢測(cè)敏感度高，在微流控芯片、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)和微全分析系統(tǒng)等研究領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　目前，大多數(shù)生物學(xué)和藥理學(xué)的研究都集中在對(duì)細(xì)胞群的分析上，將細(xì)胞群特征的平均值作為研究結(jié)果。然而細(xì)胞之間是存在異質(zhì)性的，基于大量細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果忽略了細(xì)胞間的差異對(duì)控制基因表達(dá)和細(xì)胞行為的影響，難以反映單細(xì)胞水平上的生命活動(dòng)規(guī)律，所以非常有必要進(jìn)行單細(xì)胞分析。針對(duì)單細(xì)胞分析

5、，本文提出了PDMS可調(diào)諧微流控芯片，用于單細(xì)胞捕獲。該芯片將微流控芯片技術(shù)的被動(dòng)捕獲方式與軟材料實(shí)現(xiàn)芯片可調(diào)諧中的利用外部機(jī)械力實(shí)現(xiàn)PDMS塊大體積的變化相結(jié)合，既保證了操作的簡(jiǎn)便性和捕獲到細(xì)胞的活性，而且實(shí)現(xiàn)了芯片可調(diào)諧，該微流控芯片可用于多種尺寸微粒的捕獲，不需要重新設(shè)計(jì)加工芯片。利用該P(yáng)DMS可調(diào)諧微流控芯片在未拉伸狀態(tài)和拉伸狀態(tài)成功捕獲不同尺寸的粒子，最后實(shí)現(xiàn)了酵母菌的單捕獲，且進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)，酵母菌成功完成了多次出芽分裂，證