I. ชิป microfluidic คืออะไร?
ซึ่งแตกต่างจากชิปแบบดั้งเดิมชิป microfluidic นั้นเป็นเหมือน "แพลตฟอร์มปฏิกิริยาทางชีวเคมี" ในระดับไมโครมิเตอร์ โดยเฉพาะชิป microfluidic เป็นแพลตฟอร์มเทคโนโลยีที่รวมหน่วยปฏิบัติการพื้นฐานเช่นการเตรียมตัวอย่างปฏิกิริยาการแยกและการตรวจจับจากสาขาเช่นชีววิทยาเคมีและยาลงบน "ชิป" ที่ระดับไมโครมิเตอร์ สิ่งนี้ช่วยให้การวิเคราะห์กระบวนการทางชีวเคมีที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็วมีประสิทธิภาพและอัตโนมัติ
เนื่องจากชิป microfluidic มีโครงสร้างกล้องจุลทรรศน์ของเหลวแสดงและสร้างคุณสมบัติพิเศษที่แตกต่างจากที่ในระดับ macroscopic ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาความสามารถในการวิเคราะห์ที่ไม่ซ้ำกัน
ชิป Microfluidic ต้องการการจัดการที่แม่นยำของตัวอย่างของเหลวเล็ก ๆ เช่นการควบคุมการไหลของของไหลการผสมปฏิกิริยาและการตรวจจับ จากมุมมองนี้โครงสร้างหลักของชิป microfluidic คือ microchannels และ microholes กล่าวอีกนัยหนึ่งคุณภาพของการผลิต microchannels และ microholes ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการตรวจจับของชิป microfluidic
ii. การเปรียบเทียบวิธีการผลิตชิป microfluidic (ใช้ microchannels แก้วเป็นตัวอย่าง)
วิธีการประดิษฐ์แบบดั้งเดิม ได้แก่ :
1. การตัดเฉือนเชิงกลแบบดั้งเดิม: มีแนวโน้มที่จะบิ่นและรอยแตก
2. การตัดเฉือนอัลตราโซนิก: ประสิทธิภาพต่ำมีความยากลำบากในการควบคุมคุณสมบัติพื้นผิวที่ดี
3. การตัดเฉือนเจ็ทแบบขัด: ต้องใช้หน้ากากและสารตั้งต้นทำให้ยากที่จะประดิษฐ์ไมโครแชนเนลที่มีอัตราส่วนสูง
4. การตัดเพชร: ความแม่นยำไม่เพียงพอและประสิทธิภาพการตัดเฉือนต่ำ
5. การแกะสลักเคมี:
- การแกะสลักแบบเปียกเนื่องจากลักษณะของไอโซโทรปิกไม่เพียง แต่ช่อง ETCHES ในเชิงลึก แต่ยังขยายขอบเขตในแนวนอนบนพื้นผิวทำให้เกิด "การตัดทอน" ด้านข้างที่มีผลต่อความแม่นยำของช่อง
- ในทางกลับกันการแกะสลักแบบแห้งมีประสิทธิภาพในการประมวลผลต่ำ
iii. ข้อดีของการประมวลผลเลเซอร์ femtosecond สำหรับชิป microfluidic
โครงสร้างกล้องจุลทรรศน์หลักในชิป microfluidic รวมถึงร่องตาบอดรูตาบอดและไมโครหลุม การประมวลผลเลเซอร์ Femtosecond เป็นเทคโนโลยีการผลิตไมโคร\/นาโนที่ทันสมัยมีข้อได้เปรียบเช่นความแม่นยำสูงการประมวลผลแบบไม่สัมผัสความสามารถในการปรับตัวของวัสดุในวงกว้างและความเร็วในการประมวลผลที่รวดเร็ว คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแกะสลักโครงสร้างจุลภาคในชิปไมโครฟลูอิดิค
ด้านล่างเราวิเคราะห์ข้อดีของการประมวลผลเลเซอร์ femtosecond ตามตัวชี้วัดคุณภาพที่สำคัญของชิป microfluidic:
1. ความแม่นยำของมิติและรูปร่างของ microchannels และ microholes: ชิป microfluidic ต้องการความแม่นยำสูงมากในขนาดและรูปร่างของ microchannels และ microholes เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อลักษณะการไหลของของไหลและประสิทธิภาพการเกิดปฏิกิริยา ในฐานะที่เป็นเลเซอร์ที่เร็วมากเลเซอร์ Femtosecond มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะจุดเพียงไม่กี่ไมโครเมตรถึงสิบไมโครเมตรทำให้สามารถแกะสลักวัสดุที่มีความแม่นยำสูงและขุดเจาะได้ ตัวอย่างเช่นมาตรฐานการประมวลผลจากเทคโนโลยีเซินเจิ้นโมโนคอลแสดงให้เห็นว่าความแม่นยำของมิติของไมโครช่องและไมโครสามารถควบคุมได้ภายใน±1μmตรงตามข้อกำหนดที่แม่นยำของการออกแบบส่วนใหญ่สำหรับ microchannels และส่วนประกอบอื่น ๆ
(ช่องเซรามิก microfluidic: กรณีศึกษาการผลิต)
2. ความขรุขระของพื้นผิว: พื้นผิวของไมโครแชนเนลและ microholes จำเป็นต้องมีความราบรื่นเพื่อลดความต้านทานการไหลของของไหลป้องกันการดูดซับตัวอย่างและเพิ่มความไวในการตรวจจับ เลเซอร์ Femtosecond ที่มีความกว้างพัลส์สั้นพิเศษของพวกเขาตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ผลลัพธ์การแกะสลักที่ดีลดชั้นใหม่การแต่งใหม่เสี้ยนและไมโครรัค ดังนั้นความขรุขระของพื้นผิวของร่องตาบอดแบบดั้งเดิมและรูตาบอดสามารถควบคุมได้ภายใน 0. 4μmสามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดการผลิตของชิปไมโครฟลูอิดิคได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. การปรับตัวของวัสดุ: นอกเหนือจากแก้วชิป microfluidic ถูกประดิษฐ์ขึ้นมาจากวัสดุที่หลากหลายรวมถึงวัสดุพอลิเมอร์ (เช่นฟิล์ม PI, ฟิล์ม PDMS), ซิลิกอนและเซรามิก ดังนั้นการผลิตชิป microfluidic จะต้องรองรับคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน เลเซอร์ Femtosecond ที่มีพลังสูงสุดสูงมากสามารถกำจัดวัสดุได้ทันทีทำให้เหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นซิลิคอนแก้วหรือวัสดุที่ใช้ฟิล์มเลเซอร์ femtosecond สามารถใช้ในการประดิษฐ์ microchannels และหลุมตาบอด
(Microholes เมมเบรน PDMS: กรณีศึกษาการผลิต)
บทสรุป
เทคโนโลยีเลเซอร์ Femtosecond ได้ปฏิวัติการผลิตชิป microfluidic ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในชีววิทยาเคมีและการแพทย์ ประสิทธิภาพของชิปเหล่านี้อย่างมากขึ้นอยู่กับความแม่นยำของไมโครช่องทางและไมโครของพวกเขาซึ่งเป็นมาตรฐานที่วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมมักจะล้มเหลวในการตอบสนองเนื่องจากข้อ จำกัด ด้านความแม่นยำประสิทธิภาพและความเข้ากันได้ของวัสดุ
ในทางตรงกันข้ามการประมวลผลเลเซอร์ femtosecond มีข้อได้เปรียบที่สำคัญรวมถึงความแม่นยำสูงการทำงานแบบไม่สัมผัสความสามารถในการปรับตัวของวัสดุในวงกว้างและความขรุขระพื้นผิวน้อยที่สุด โดยการควบคุมขนาดและรูปร่างของไมโครแชนเนลและ microholes อย่างแม่นยำการเพิ่มประสิทธิภาพความขรุขระของพื้นผิวและรองรับวัสดุต่าง ๆ (เช่นแก้วซิลิกอนและโพลีเมอร์) เลเซอร์ femtosecond ให้สารละลายที่เชื่อถือได้สำหรับการออกแบบที่ซับซ้อนและการผลิตชิป microfluidic
เมื่อมองไปข้างหน้าเนื่องจากเทคโนโลยีเลเซอร์ Femtosecond ยังคงดำเนินต่อไปการใช้งานในสาขาชิป microfluidic คาดว่าจะขยายตัวขับเคลื่อนนวัตกรรมและการยอมรับในวงกว้างในพื้นที่เช่นการแพทย์ที่มีความแม่นยำการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมและการวิเคราะห์ทางชีวภาพ