微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及方法.pdf

《微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及方法.pdf（18页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010527388.6 (22)申请日 2020.06.11 (71)申请人 华东师范大学重庆研究院 地址 401123 重庆市渝北区卉竹路2号1号 楼1-2层1、 2号房 申请人 华东师范大学 (72)发明人 曾和平杨川胡梦云袁帅 (74)专利代理机构 上海硕力知识产权代理事务 所(普通合伙) 31251 代理人 郭桂峰 (51)Int.Cl. B23K 26/382(2014.01) B23K 26/55(2014.01) B23K 26/067(2006.01) B2。

2、3K 26/06(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光 制备装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种微流控芯片微通道的多 焦点超快激光制备装置及方法， 利用阵列式多焦 点飞秒激光， 对微流控芯片进行飞秒激光点阵烧 蚀， 并且采用脉冲激光二次烧蚀， 结合氢氟酸超 声腐蚀对烧蚀后的微流控芯片进行处理得到微 流控芯片的真三维微通道结构， 实现了微流控芯 片微通道的高效加工。 本发明同时公开了微流控 芯片微通道的多焦点超快激光制备装置。 本发明 具有高精度、 高效率、 高安全性和灵活性。

3、， 以及大 尺度的加工优点， 可以广泛应用于生物、 化学及 医疗等领域具有重要的价值和意义， 发展及应用 前景广阔。 权利要求书3页 说明书7页 附图7页 CN 111822886 A 2020.10.27 CN 111822886 A 1.一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征在于， 利用激光多焦点 技术输出阵列式多焦点飞秒激光实现对微流控芯片微通道的高效制备加工， 具体包括： (1)飞秒激光点阵烧蚀： 利用激光多焦点技术将飞秒激光输出为阵列式多焦点飞秒激 光， 对微流控芯片微通道截面进行点阵烧蚀； (2)脉冲激光二次烧蚀： 利用皮秒或飞秒超短脉冲激光对飞秒激光点阵烧蚀的微流。

4、控 芯片微通到进行二次烧蚀； (3)氢氟酸超声腐蚀： 对烧蚀加工后的微流控芯片进行氢氟酸超声腐蚀处理， 疏通烧蚀 加工的微流控通道结构； 所述的飞秒激光点阵烧蚀为微流控芯片微通道加工的主烧蚀加工方法， 所述的脉冲激 光二次烧蚀作为微流控芯片微通道加工的辅助烧蚀加工方法， 可在飞秒激光点阵烧蚀后选 择性采用。 2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 所述飞秒激光为中高能量激光， 作为微流控芯片微通道加工的主光源， 其单脉冲能量 10 J， 脉冲宽度200fs， 飞秒激光中心波长为： 紫外260nm， 343nm， 355nm； 可见400nm， 5。

5、15nm， 532nm； 红外800nm， 1030nm， 1064nm和1550nm； 所述的二次烧蚀脉冲激光作为微流控 芯片微通道加工的辅助光源， 可选用皮秒激光或飞秒激光， 激光中心波长为1030nm， 1064nm， 飞秒激光各焦点无需控制同步， 可优选同步， 所述的皮秒或飞秒超短脉冲激光可为 任意偏振方向。 3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 所述的飞秒激光点阵烧蚀对微流控芯片微通道截面进行点阵烧蚀， 无需对整个微通 道截面完全烧蚀， 所述的飞秒激光点阵烧蚀后的各焦点间未烧蚀部分的尺寸小于等于200 m； 所述的微流控芯片为熔融石英。

6、材料微流控芯片或氟化钙、 透明陶瓷、 掺SiO2有机聚合物 的微流控芯片。 4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 所述的激光多焦点技术可实现飞秒激光光束的阵列式输出， 并最终输出阵列式平面 二维或空间三维多焦点飞秒激光， 所述的激光多焦点技术包括： (1)空间光调制技术， 所述的空间光调制技术利用空间光调制器经聚焦可输出阵列式 平面二维或空间三维多焦点飞秒激光； (2)微透镜阵列技术， 所述的微透镜阵列技术利用微透镜阵列可输出阵列式平面二维 多焦点飞秒激光； (3)微孔阵列技术， 所述的微孔阵列技术利用微孔阵列将飞秒激光分成阵列式光束， 再 将。

7、阵列式光束聚焦输出阵列式平面二维多焦点飞秒激光； (4)光纤阵列技术， 所述的光纤阵列技术利用光纤分束级联放大或种子光分束多路放 大的方式可实现激光器直接输出阵列式光束， 再将阵列式光束聚焦输出阵列式平面二维多 焦点飞秒激光； 所述的激光多焦点技术可选用上述一种或多种技术组合的方式并采用空间光调制技 术， 通过空间光调制器经高倍物镜紧聚焦的方式输出阵列式空间三维多焦点飞秒激光。 5.根据权利要求4所述的激光多焦点技术， 其特征在于： 所述的阵列式平面二维多焦点飞秒激光采用松聚焦方式， 焦距范围为5-100mm， 所述的 权利要求书 1/3 页 2 CN 111822886 A 2 阵列式平面二。

8、维多焦点飞秒激光， 在激光光束截面方向上呈阵列式多焦点分布， 所述的阵 列式平面二维多焦点飞秒激光在激光光束传输方向上产生了等离子体光丝， 呈多光丝分 布， 分别利用飞秒激光多焦点和飞秒激光多光丝烧蚀加工微流控芯片纵向和横向微通道； 所述的阵列式空间三维多焦点飞秒激光采用紧聚焦方式， 焦距范围为0-5mm， 所述的阵 列式空间三维多焦点飞秒激光， 在激光光束截面方向和传输方向上均呈阵列式多焦点分 布， 利用飞秒激光多焦点烧蚀加工微流控芯片纵向和横向微通道； 所述的阵列式平面二维/空间三维多焦点飞秒激光的阵列方式、 阵列间距和阵列范围 等可调控， 所述的阵列式平面二维多焦点飞秒激光在激光光束传输。

9、方向上的多光丝可调 控， 从而满足微流控芯片微通道形状和尺寸的要求。 6.根据权利要求4所述的空间光调制技术， 其特征在于， 所述的阵列式三维空间多焦点 飞秒激光为空间阵列分布， 可通过调控阵列方式、 阵列间距和阵列范围等， 使其轮廓尺寸与 待加工微流控通道尺寸一致； 可通过调控飞秒激光焦点数量和焦点间距等来控制和提高加 工微通道截面形状的精度， 使不同方向上加工的微流控通道截面保持高度一致性； 所述的 阵列式三维空间多焦点飞秒激光能够实现微流控芯片微通道多形状和大尺度的加工； 可加 工通道截面形状包括但不限于圆形、 椭圆形、 矩形和三角形， 多焦点飞秒激光单次扫描烧蚀 可实现毫米级微流控芯片。

10、微通道的加工。 7.根据权利要求4所述的空间光调制技术， 其特征在于， 所述的阵列式三维空间多焦点 激光可根据飞秒激光焦点位置对激光能量进行分配， 并可调节多焦点激光的功率大于微流 控芯片材料的损伤阈值， 满足微流控芯片微通道的烧蚀加工要求。 8.根据权利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 所述的脉冲激光二次烧蚀可对微流控芯片微通道进行单次或多次扫描， 实现对由飞 秒激光点阵烧蚀的微通道各焦点间未烧蚀部分的隐切作用， 增强对该区域的冲击效应、 热 效应和多光子效应。 9.根据权利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 。

11、所述的脉冲激光二次烧蚀可通过控制脉冲延迟， 使二次烧蚀激光脉冲控制在多焦点 飞秒激光脉冲后， 在飞秒激光点阵烧蚀的同时实现二次烧蚀， 脉冲延迟时间为10ps-200ns； 所述的脉冲激光二次烧蚀也可在阵列式多焦点飞秒激光对微通道烧蚀扫描完成后， 通过控 制相同扫描路径进行二次烧蚀扫描。 10.根据权利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 所述的阵列式多焦点飞秒激光和二次烧蚀脉冲激光可通过合束的方式经同一方位聚 焦至待加工位置； 所述的阵列式多焦点飞秒激光和二次烧蚀脉冲激光也可经不同方位分别 聚焦至待加工位置， 两束激光的方向可相互平行或垂直。 11.根据权。

12、利要求1所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征 在于， 所述的氢氟酸超声腐蚀对烧蚀加工后的微流控芯片进行后处理， 实现微流控芯片微 通道的疏通， 其中， 烧蚀部分可被氢氟酸腐蚀， 未烧蚀部分则可在超声处理中脱落； 所述的氢氟酸超声腐蚀可在飞秒激光点阵烧蚀后进行， 也可在脉冲激光二次烧蚀后进 行。 12.一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置， 其特征在于： 包括光源部分 100、 聚焦部分200、 加工部分300、 实时监测部分400以及控制部分500。 权利要求书 2/3 页 3 CN 111822886 A 3 13.根据权利要求12所述的一种微流控芯片微通道的。

13、多焦点超快激光制备装置， 其特 征在于， 所述的光源部分100包括用于点阵烧蚀的超快激光器101和用于二次烧蚀的超快激 光器102， 以及用于实现阵列式多焦点激光的多焦点阵列装置103和用于实现二次烧蚀激光 脉冲延迟控制的脉冲延迟器104； 所述的光源部分100能够实现用于烧蚀加工微流控芯片的阵列式多焦点飞秒激光和脉 冲延迟的二次烧蚀脉冲激光的输出。 14.根据权利要求12所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置， 其特 征在于， 所述的聚焦部分200可选用显微物镜、 透镜、 扫描振镜的一种或者多种组合的方式 进行聚焦。 15.根据权利要求12所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激。

14、光制备装置， 其特 征在于， 所述的加工部分300包括待加工材料及平台301、 用于X、 Y、 Z向高精密移动控制的三 维微纳平台302； 所述的加工部分300能够实现对微流控芯片微通道扫描路径的高精度控制。 16.根据权利要求12所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置， 其特 征在于， 所述的实时监测部分400包括竖向CCD系统401和横向CCD系统402,分别用于对待加 工材料及平台301的加工位置及深度进行实时观测。 17.根据权利要求12所述的一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置， 其特 征在于， 所述的控制部分500实现对光源部分100、 微纳加工平台302和实时。

15、监控部分400的 集成化系统控制。 权利要求书 3/3 页 4 CN 111822886 A 4 一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及方法 技术领域 0001 本发明属于超快激光微纳加工技术领域， 具体涉及一种微流控芯片的多焦点超快 激光微流控制备装置及方法。 背景技术 0002 微流控技术作为新兴的分析、 检测技术， 其满足分析仪器微型化/集成化与便携化 的发展趋势， 能够很大程度缩短样本处理时间， 并通过精密控制液体流动， 实现试剂耗材的 最大利用效率。 微流控芯片将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一块几平方厘 米的芯片上， 将传统的实验室微型化和集成化， 实现包括采样、。

16、 稀释、 加试剂、 反应、 分离、 检 测等功能， 可重复多次使用。 目前， 微流控芯片用材料主要有硅材料、 玻璃材料和高分子聚 合物材料， 并且在生物医学研究、 药物合成筛选、 环境检测与保护、 卫生检疫、 司法鉴定、 生 物试剂的检测等众多领域具有极为广阔的前景。 目前， 如何实现微流控芯片的真三维复杂 微通道的加工仍然是一个重要研究方向， 并且同时实现加工过程的高精度、 高效率等要求。 0003 飞秒激光与材料的作用是一个 “冷加工” 的过程， 对材料周围无明显热效应。 飞秒 激光属于超快脉冲激光， 与材料相互作用时间极短， 光子能量未发生扩散， 所以材料吸收的 光子能量有效作用在电子激。

17、发上， 并不会转换成热量， 因此加工时飞秒激光的热效应极低， 可以实现高质量、 高精度的微纳结构的加工。 飞秒激光加工技术作为一种先进且极具前景 的微纳加工技术， 可广泛应用于微流控芯片的加工。 而目前常用的微流控芯片加工方法局 限于平面二维结构微流控通道， 不能加工真三维结构的微流控通道， 采用飞秒激光微纳加 工技术很好解决该问题， 通过将飞秒激光聚焦在透明的微流控芯片基底材料内部， 可在材 料内部实现三维微纳加工， 从而烧蚀出复杂的三维微通道结构。 公开号为CN103831536A、 CN107243698B、 CN108723586B等中国专利已经发明了利用飞秒激光单束光在熔融石英和聚 。

18、合物等透明介质材料内部烧蚀加工三维微通道的方法， 但单束飞秒激光紧聚焦烧蚀微流控 芯片微通道也存在局限性， 其往往需要高激光能量或者反复多次扫描才能烧蚀出满足结构 尺寸要求的微流控通道， 故存在加工效率较低的问题， 因此一种高效的飞秒激光加工微流 控通道的方法是十分必要的。 基于激光多焦点技术输出阵列式多焦点飞秒激光能够实现对 微流控芯片微通道的高效制备加工， 极其具有发展和应用前景， 随着微流控芯片技术的不 断发展， 有望成为未来主流的微流控芯片先进制备方法。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供了一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置及 其方法， 其利用激光多焦点技术输出阵列式多。

19、焦点飞秒激光高效制备加工微流控芯片， 从 而在能够保证加工微流控通道的高精度的同时， 提高了烧蚀加工微流控通道的效率， 降低 了单束激光能量， 增强了加工的安全性和灵活性， 并且多焦点加工可实现微流控芯片微通 道的大尺度加工。 0005 为了实现上述目的， 按照本发明的一个方面， 提供了一种微流控芯片微通道的多 说明书 1/7 页 5 CN 111822886 A 5 焦点超快激光制备方法， 采用的技术方案如下： 0006 一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备方法， 其特征在于， 利用激光多焦 点技术输出阵列式多焦点飞秒激光实现对微流控芯片微通道的高效制备加工， 具体包括： 0007 (1。

20、)飞秒激光点阵烧蚀： 利用激光多焦点技术将飞秒激光输出为阵列式多焦点飞 秒激光， 对微流控芯片微通道截面进行点阵烧蚀； 0008 (2)脉冲激光二次烧蚀： 利用皮秒或飞秒超短脉冲激光对飞秒激光点阵烧蚀的微 流控芯片微通到进行二次烧蚀； 0009 (3)氢氟酸超声腐蚀： 对烧蚀加工后的微流控芯片进行氢氟酸超声腐蚀处理， 疏通 烧蚀加工的微流控通道结构。 0010 所述的飞秒激光点阵烧蚀为微流控芯片微通道加工的主烧蚀加工方法， 所述的脉 冲激光二次烧蚀作为微流控芯片微通道加工的辅助烧蚀加工方法， 可在飞秒激光点阵烧蚀 后选择性采用。 0011 优选地， 所述飞秒激光为中高能量激光， 作为微流控芯片。

21、微通道加工的主光源， 其 单脉冲能量10 J， 脉冲宽度200fs， 飞秒激光中心波长为： 紫外260nm， 343nm， 355nm； 可 见400nm， 515nm， 532nm； 红外800nm， 1030nm， 1064nm和1550nm； 所述的二次烧蚀脉冲激光作 为微流控芯片微通道加工的辅助光源， 可选用皮秒激光或飞秒激光， 激光中心波长为 1030nm， 1064nm， 飞秒激光各焦点无需控制同步， 可优选同步， 所述的皮秒或飞秒超短脉冲 激光可为任意偏振方向。 0012 优选地， 所述的飞秒激光点阵烧蚀对微流控芯片微通道截面进行点阵烧蚀， 无需 对整个微通道截面完全烧蚀， 所述。

22、的飞秒激光点阵烧蚀后的各焦点间未烧蚀部分的尺寸小 于等于200 m； 所述微流控芯片为熔融石英材料微流控芯片或氟化钙、 透明陶瓷、 掺SiO2有 机聚合物的微流控芯片。 0013 优选地， 所述的激光多焦点技术可实现飞秒激光光束的阵列式输出， 并最终输出 阵列式平面二维或空间三维多焦点飞秒激光， 所述的激光多焦点技术包括： 0014 (1)空间光调制技术， 所述的空间光调制技术利用空间光调制器经聚焦可输出阵 列式平面二维或空间三维多焦点飞秒激光； 0015 (2)微透镜阵列技术， 所述的微透镜阵列技术利用微透镜阵列可输出阵列式平面 二维多焦点飞秒激光； 0016 (3)微孔阵列技术， 所述的微。

23、孔阵列技术利用微孔阵列将飞秒激光分成阵列式光 束， 再将阵列式光束聚焦输出阵列式平面二维多焦点飞秒激光； 0017 (4)光纤阵列技术， 所述的光纤阵列技术利用光纤分束级联放大或种子光分束多 路放大的方式可实现激光器直接输出阵列式光束， 再将阵列式光束聚焦输出阵列式平面二 维多焦点飞秒激光； 0018 所述的激光多焦点技术可选用上述一种或多种技术组合的方式并采用空间光调 制技术， 通过空间光调制器经高倍物镜紧聚焦的方式输出阵列式空间三维多焦点飞秒激 光。 0019 优选地， 所述的阵列式平面二维多焦点飞秒激光采用松聚焦方式， 焦距范围为5- 100mm， 所述的阵列式平面二维多焦点飞秒激光， 。

24、在激光光束截面方向上呈阵列式多焦点分 布， 所述的阵列式平面二维多焦点飞秒激光在激光光束传输方向上产生了等离子体光丝， 说明书 2/7 页 6 CN 111822886 A 6 呈多光丝分布， 分别利用飞秒激光多焦点和飞秒激光多光丝烧蚀加工微流控芯片纵向和横 向微通道； 0020 所述的阵列式空间三维多焦点飞秒激光采用紧聚焦方式， 焦距范围为0-5mm， 所述 的阵列式空间三维多焦点飞秒激光， 在激光光束截面方向和传输方向上均呈阵列式多焦点 分布， 利用飞秒激光多焦点烧蚀加工微流控芯片纵向和横向微通道； 0021 所述的阵列式平面二维/空间三维多焦点飞秒激光的阵列方式、 阵列间距和阵列 范围等。

25、可调控， 所述的阵列式平面二维多焦点飞秒激光在激光光束传输方向上的多光丝可 调控， 从而满足微流控芯片微通道形状和尺寸的要求。 0022 优选地， 所述的阵列式三维空间多焦点飞秒激光为空间阵列分布， 可通过调控阵 列方式、 阵列间距和阵列范围等， 使其轮廓尺寸与待加工微流控通道尺寸一致； 可通过调控 飞秒激光焦点数量和焦点间距等来控制和提高加工微通道截面形状的精度， 使不同方向上 加工的微流控通道截面保持高度一致性； 所述的阵列式三维空间多焦点飞秒激光能够实现 微流控芯片微通道多形状和大尺度的加工； 可加工通道截面形状包括但不限于圆形、 椭圆 形、 矩形和三角形， 多焦点飞秒激光单次扫描烧蚀可。

26、实现毫米级微流控芯片微通道的加工。 0023 优选地， 其特征在于， 所述的阵列式三维空间多焦点激光可根据飞秒激光焦点位 置对激光能量进行分配， 并可调节多焦点激光的功率大于微流控芯片材料的损伤阈值， 满 足微流控芯片微通道的烧蚀加工要求。 0024 优选地， 所述的脉冲激光二次烧蚀可对微流控芯片微通道进行单次或多次扫描， 实现对由飞秒激光点阵烧蚀的微通道各焦点间未烧蚀部分的隐切作用， 增强对该区域的冲 击效应、 热效应和多光子效应。 0025 优选地， 所述的脉冲激光二次烧蚀可通过控制脉冲延迟， 使二次烧蚀激光脉冲控 制在多焦点飞秒激光脉冲后， 在飞秒激光点阵烧蚀的同时实现二次烧蚀， 脉冲延。

27、迟时间为 10ps-200ns； 所述的脉冲激光二次烧蚀也可在阵列式多焦点飞秒激光对微通道烧蚀扫描完 成后， 通过控制相同扫描路径进行二次烧蚀扫描。 0026 优选地， 所述的阵列式多焦点飞秒激光和二次烧蚀脉冲激光可通过合束的方式经 同一方位聚焦至待加工位置； 所述的阵列式多焦点飞秒激光和二次烧蚀脉冲激光也可经不 同方位分别聚焦至待加工位置， 两束激光的方向可相互平行或垂直。 0027 优选地， 所述的氢氟酸超声腐蚀对烧蚀加工后的微流控芯片进行后处理， 实现微 流控芯片微通道的疏通， 其中， 烧蚀部分可被氢氟酸腐蚀， 未烧蚀部分则可在超声处理中脱 落； 0028 所述的氢氟酸超声腐蚀可在飞秒激。

28、光点阵烧蚀后进行， 也可在脉冲激光二次烧蚀 后进行。 0029 一种微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置， 其特征在于： 包括光源部分 100、 聚焦部分200、 加工部分300、 实时监测部分400以及控制部分500。 0030 优选地， 所述的光源部分100包括用于点阵烧蚀的超快激光器101和用于二次烧蚀 的超快激光器102， 以及用于实现阵列式多焦点激光的多焦点阵列装置103和用于实现二次 烧蚀激光脉冲延迟控制的脉冲延迟器104； 0031 所述的光源部分100能够实现用于烧蚀加工微流控芯片的阵列式多焦点飞秒激光 和脉冲延迟的二次烧蚀脉冲激光的输出。 说明书 3/7 页 7 CN 1。

29、11822886 A 7 0032 优选地， 所述的聚焦部分200可选用显微物镜、 透镜、 扫描振镜的一种或者多种组 合的方式进行聚焦。 0033 优选地， 所述的加工部分300包括待加工材料及平台301、 用于X、 Y、 Z向高精密移动 控制的三维微纳平台302； 0034 所述的加工部分300能够实现对微流控芯片微通道扫描路径的高精度控制。 0035 优选地， 所述的实时监测部分400包括竖向CCD系统401和横向CCD系统 402,分别 用于对待加工材料及平台301的加工位置及深度进行实时观测。 0036 优选地， 所述的控制部分500实现对光源部分100、 微纳加工平台302和实时监控。

30、部 分400的集成化系统控制。 0037 相比现有技术， 本发明有益效果在于： 0038 不同于单束光直接烧蚀加工微流控芯片的方法， 由于本发明能在微通道截面区域 内产生阵列式多焦点飞秒激光， 因此单个焦点位置不需要太高的单脉冲能量， 所以不易造 成微流控芯片基底材料的破坏性损伤。 此外， 本发明的阵列式多焦点飞秒激光单次扫描即 可得到所需微通道尺寸， 加工任意方向微通道的截面一致性极高。 与软光刻技术相比， 本发 明不需要掩模板可直接在微流控芯片材料内部实现连续任意复杂结构的三维微通道的加 工， 加工工艺过程更加简洁， 所加工三维结构微通道更加灵活可控。 0039 本发明烧蚀微流控通道的精度。

31、高， 显著提高了烧蚀加工效率， 降低了单束光能量， 加工过程也更加安全和灵活， 并且能够实现微通道的大尺度加工。 本发明可实现在玻璃类、 聚合物类材料的微流控芯片微通到的加工， 可用于熔融石英、 氟化钙、 透明陶瓷、 掺SiO2有 机聚合物等材料的微流控芯片的制备， 特别是熔融石英微流控芯片的制备。 附图说明 0040 图1为本发明基于空间光调制技术加工微流控芯片微通道的光路示意图； 0041 图2为本发明的制备方法的流程图； 0042 图3为本发明加工圆形截面的微流控芯片纵向和横向微通道的示意图； 0043 图4为本发明加工圆形截面的微流控芯片三维微通道的示意图； 0044 图5为本发明微流。

32、控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置的示意图； 0045 图6为本发明的多焦点飞秒激光和二次烧蚀激光脉冲时序示意图； 0046 图7为本发明的聚焦部分的聚焦方式示意图； 0047 图8为本发明的阵列式多焦点飞秒激光调控的示意图； 0048 图9为本发明的阵列式多焦点飞秒激光在加工过程中分裂及合并的示意图。 0049 图中： 激光光源(01)， 皮秒激光光源(02)， 计算机控制系统(03)， 高精密三维移动 平(04)， 空间光调制器(05)， 高倍聚焦物镜(20)， 两套CCD成像系统(17,20,22和21,25,26)， 半波片(08,13)， 偏振分光片(09,14)， 偏振光合束器(。

33、10)， 反射镜(15)， 脉冲延时器(16)， 二 向色镜(19)， 透镜 (06,07,11,12,18)， 样品放置台(24)， 待加工熔融石英微流控芯片(23)。 具体实施方式 0050 以下实施例将结合附图对本发明做一进步说明， 本实施例基于空间光调制技术输 出阵列式空间三维多焦点加工微通道为圆形截面的熔融石英微流控芯片， 但本实施例不能 说明书 4/7 页 8 CN 111822886 A 8 用于限制本发明， 凡是采用本发明的相似方法及其相似变化， 均应列入本发明的保护范围。 0051 请参阅图1， 飞秒激光经空间光调制器(05)产生阵列式空间三维激光， 经透镜组合 (06,07。

34、)， 半波片(08)， 偏振分光片(09)进行整形缩束， 偏振状态调整和激光功率调节， 满足 偏振光合束器的输入状态。 0052 皮秒激光经透镜组合(11,12)， 半波片(13)， 偏振分光片(14)， 反射镜(15) 进行整 形缩束， 偏振状态调整和激光功率调节， 满足偏振光合束器的输入状态。 通过脉冲延时器 (16)控制皮秒激光延时， 使皮秒激光脉冲延迟于飞秒激光脉冲。 0053 飞秒激光和皮秒激光经偏振光合束器(10)合束后， 飞秒激光经过高倍聚焦物镜 (10)汇聚形成阵列式空间三维多焦点激光， 并作用于待加工熔融石英微流控芯片(09)上， 通过控制高精密三维移动平台(14)实现对熔融。

35、石英微流控芯片微通道的烧蚀加工； 皮秒激 光经过高倍聚焦物镜(10)汇聚成单焦点激光， 并作用于待加工熔融石英微流控芯片(09) 上， 实现微通道的二次烧蚀。 竖直CCD 成像系统(17,20,22)和水平CCD成像系统(21,25,26) 分别对加工位置和纵向深度进行实时监控。 0054 请参阅图2， 制备方法的具体流程如下： 0055 首先， 将待加工的熔融石英微流控芯片经清洗和干燥处理后， 放置在样品加工平 台上。 0056 然后， 利用空间光调制器+高倍聚焦物镜输出用于加工圆形截面微流控通道的阵 列式空间三维多焦点飞秒激光， 如图1所示， 各焦点均匀分布在球形轮廓面上， 通过计算机 控。

36、制其输出飞秒激光多焦点间的间距200 m。 0057 随后， 通过脉冲延时器， 控制皮秒激光使其脉冲延时位于飞秒激光脉冲时序后， 通 过偏振光合束器阵列式空间三维多焦点飞秒激光-皮秒激光组合输出。 0058 随后， 通过计算机控制三维移动平台使阵列式空间多焦点飞秒激光对熔融石英微 流控芯片进行烧蚀加工， 烧蚀加工微流控芯片微通道。 与此同时， 延时控制的皮秒激光对熔 融石英微流控芯片进行二次烧蚀， 增加对飞秒激光多焦点间未烧蚀区域的冲击作用。 0059 最后， 对烧蚀后的熔融石英微流控芯片微通道采用氢氟酸超声腐蚀进行疏通处 理， 其中， 烧蚀部分会被氢氟酸腐蚀， 未烧蚀部分则会在超声处理中脱落。

37、。 采用浓度为10- 30的氢氟酸对飞秒激光烧蚀后的熔融石英微流控芯片进行超声腐蚀时间为15-45min， 经 过清洗和干燥得到微通道空腔清洁的微流控芯片。 可通过注射染色微流体进一步验证微通 道的通畅性。 0060 调制的阵列式空间三维球形多焦点飞秒激光在熔融石英微流控芯片中加工微通 道， 如图3所示， 其中包括飞秒激光光束(01)， 微流控芯片微通道(02)， 烧蚀加工区域(03)， 阵列式空间三维多焦点飞秒激光(04)。 当加工微通道方向与激光方向平行时， 如图3左图所 示， 多焦点激光在微通道横截面的投影即为激光对熔融石英微流控芯片材料的烧蚀情况， 最外圈的圆形多焦点激光即为烧蚀微通道。

38、的外部轮廓， 内部的多焦点则对微通道内部的熔 融石英材料进行烧蚀。 通过控制各焦点的激光能量则可实现对微通道轮廓及内部的熔融石 英材料充分烧蚀。 0061 当加工微通道方向与激光方向垂直方向时， 如图3右图所示， 多焦点激光在微通道 横截面的投影即为激光对熔融石英微流控芯片材料的烧蚀情况， 最外圈的圆形多焦点激光 即为烧蚀微通道的外部轮廓， 内部的多焦点则对微通道内部的熔融石英材料进行烧蚀。 通 说明书 5/7 页 9 CN 111822886 A 9 过控制各焦点的激光能量则可实现对微通道轮廓及内部的熔融石英材料充分烧蚀。 0062 实施例调制的阵列式空间三维球形多焦点飞秒激光在各个投影方向。

39、均可映射出 相同尺寸的圆形轮廓且内部焦点位置及能量分布可控， 因此可以实现任意方向上的微通道 烧蚀。 0063 请参阅图4调制的阵列式空间三维球形多焦点飞秒激光在熔融石英微流控芯片中 加工三维微通道的示意图。 加工的微流控芯片微通道的弯角处的外角具有与阵列式空间三 维多焦点飞秒激光轮廓一致的圆角特征； 加工的微流控芯片微通道的弯角处的内角具有与 扫描路径一致的特征。 通过该方法可实现在熔融石英微流控芯片内部复杂真三维结构微通 道的烧蚀加工。 0064 请参阅图5微流控芯片微通道的多焦点超快激光制备装置的示意图， 其中包括光 源部分100、 聚焦部分200、 加工部分300、 实施监控部分400。

40、以及控制部分500。 本发明的装置 的光源部分100包括超快激光器101、 超快激光器102、 多焦点阵列装置103和脉冲延迟器 104， 实现阵列式多焦点飞秒激光和脉冲延迟的二次烧蚀超短脉冲激光的输出。 其中， 如图6 所示为点阵烧蚀多焦点飞秒激光和二次烧蚀超短脉冲激光的脉冲时序示意图， 可控制二次 烧蚀超短脉冲激光在点阵烧蚀多焦点飞秒激光单个脉冲或连续多个脉冲后。 0065 本发明的多焦点阵列装置103基于激光多焦点技术能够在加工部分300输出目标 阵列式平面二维/空间三维多焦点飞秒激光。 具体实现方式如下： 0066 利用空间光调制技术输出阵列式空间三维多焦点飞秒激光。 通过计算机全息计。

41、算 出全息相位图， 将全息图加载在空间光调制器， 经过聚焦部分200聚焦输出目标阵列式空间 三维多焦点飞秒激光。 特别地， 利用空间光调制技术也可输出阵列式平面二维多焦点飞秒 激光。 0067 利用微透镜阵列技术输出阵列式平面二维多焦点飞秒激光。 通过对微透镜的排列 方式的优化设计出所需的微透镜阵列， 飞秒激光通过微透镜阵列后再经过聚焦部分200聚 焦输出目标阵列式平面二维多焦点飞秒激光。 0068 利用微孔阵列技术输出平面二维多焦点飞秒激光。 通过对微孔的排列方式的优化 设计出所需的微孔阵列， 飞秒激光经微孔阵列分束成为阵列式光束， 再将阵列式光束经聚 焦部分200聚焦输出目标阵列式平面二维。

42、多焦点飞秒激光。 0069 利用光纤阵列技术输出平面二维多焦点飞秒激光。 通过在激光器光纤端面加上阵 列式透镜进行阵列分束采用级联放大装置， 或在放大部分将种子光分束采用多路放大装置 直接从激光器输出所需的阵列式光束， 经过聚焦部分200聚焦输出目标阵列式平面二维多 焦点飞秒激光。 0070 本发明的装置的聚焦部分200可选用显微物镜、 透镜、 扫描振镜的一种或者多种组 合的方式进行聚焦， 如图7所示。 通过紧聚焦的方式可实现阵列式空间三维多焦点飞秒激光 的输出； 通过松聚焦的方式可实现阵列式平面二维多焦点飞秒激光， 调控激光功率、 焦距等 可实现飞秒激光在纵向多光丝的控制。 0071 本发明。

43、的装置的加工部分300包括待加工材料及平台301、 可用于X、 Y、 Z 向高精密 移动控制的三维微纳平台302， 实现对待加工微流控芯片的高精密三维加工扫描路径的控 制。 0072 本发明的装置的实时监控部分包括竖向CCD系统401和横向CCD系统402, 分别对 说明书 6/7 页 10 CN 111822886 A 10 待加工材料及平台301的加工位置及深度进行实时监测。 0073 本发明的装置的控制部分500通过控制器及计算机软件实现对光源部分100、 微纳 加工平台302和实时监控部分400的统一控制。 0074 请参阅图8， 阵列式多焦点飞秒激光可实现的调控方式， 能够实现包括：。

44、 1) 阵列方 式的调控， 即可实现对阵列形状的转换的调节和控制； 2)阵列大小的调控， 即可实现对阵列 范围大小及各焦点能量大小变化的调节和控制； 3)阵列分布的调控， 即可实现对阵列焦点 的位置分布及能量分布的调节和控制； 4)焦点数量的调控， 即可实现对阵列焦点数量的调 节和控制。 特别地， 如图9所示， 通过对阵列式多焦点飞秒激光的调控， 能够实现对一个多焦 点阵列分裂成两个相同的多焦点阵列， 也可实现分裂的两个多焦点阵列合并成一个多焦点 阵列， 从而为烧蚀加工双通道甚至多通道的实现提供了可能。 本说明书中未作详细描述的 内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。 0075 尽管参照前。

45、述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说， 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等 同替换， 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本 发明的保护范围之内。 说明书 7/7 页 11 CN 111822886 A 11 图1 说明书附图 1/7 页 12 CN 111822886 A 12 图2 说明书附图 2/7 页 13 CN 111822886 A 13 图3 说明书附图 3/7 页 14 CN 111822886 A 14 图4 说明书附图 4/7 页 15 CN 111822886 A 15 图5 图6 说明书附图 5/7 页 16 CN 111822886 A 16 图7 图8 说明书附图 6/7 页 17 CN 111822886 A 17 图9 说明书附图 7/7 页 18 CN 111822886 A 18 。