Микро- и нанообработка | Микрофлюидные чипы

Микрофлюидные чипы стали мощным инструментом для изучения биологических систем с разрешением в одну клетку. При этом микрофлюидные чипы могут широко использоваться не только для манипулирования генерацией микрокапель, микрофлюидного диффузионного рассеивания и обнаружения взаимодействия белка и лиганда, но и для реализации молекулярных анализов в биохимии. Технология микрофлюидных чипов, также известная как лаборатория на чипе (Lab on a Chip, LOC), может объединить некоторые из важных базовых функций различных лабораторий, таких как химическая, биологическая, физическая и т.д., в очень маленьком чипе для проведения соответствующих экспериментов.

Микро-нано-флюидический чип предлагает множество преимуществ, таких какВысокая степень автоматизации, высокая эффективность, высокая пропускная способность, миниатюрность, низкая стоимость и ультранизкое потребление реагентовТехнология микрофлюидных микрочипов имеет большой потенциал для исследований во многих сквозных областях биологии, медицины, физики и химии, особенно в точном манипулировании микро-наножидкостями с нано- и даже фемто-точностью (fL). Технология микрофлюидных чипов зародилась в 1990-х годах, и Манц и др. успешно использовали технологию микрофлюидных чипов для разделения клеток методом электрофореза in vitro, реализовав важную функцию эквивалентных капилляров, что предсказало большой потенциал микрофлюидных чипов для развития в области анализа. 1995 год, Министерство обороны США предложило проект портативного оборудования для индивидуального биохимического самообследования солдат, что вызвало большое внимание международного сообщества к микрофлюидным чипам. В 1995 году Министерство обороны США предложило проект портативного оборудования для биохимического самотестирования солдат, что вызвало большое внимание международного сообщества к микрофлюидным чипам. После этого все больше экспертов и ученых считали, что микрофлюидные чипы могут стать отличной платформой, необходимой в аналитической химии, и назвали их "миниатюрными системами тотального анализа" (μTAS). В 2000 году Макдональд и др. из Гарвардского университета впервые предложили процесс мягкой литографии на основе PDMS (полидиметилсилоксана) в качестве технологической подложки, что значительно упростило процесс обработки микрофлюидных чипов и способствовало быстрому развитию процесса обработки микрофлюидных чипов. В том же году Квейк и др. опубликовали в журнале Science работу под названием "Микрофлюидная крупномасштабная интеграция", в которой объединили тысячи управляющих клапанов и сотни реакторов на одном чипе, а также использовали технологию микронасосов с микроклапанами для точного управления микрофлюидным потоком. В 2006 году Доу и др. опубликовали в журнале Nature доклад под названием "Лаборатория на чипе", в котором проанализировали и подробно описали развитие и применение микрофлюидных чипов с разных точек зрения, а также назвали LOC одной из "семи ключевых технологий этого века". как одну из "семи важнейших технологий этого века". К настоящему времени стратегическое значение "Лаборатории на кристалле" признано академическими и промышленными кругами на более высоком уровне и в более широком масштабе.

По мере уменьшения размера канала на микро-нанофлюидном чипе от микронного (мкм) до нанометрового (нм) масштаба, силы Ван-дер-Ваальса, электростатические силы и капиллярные силы внутри канала постепенно становятся доминирующими в действии на жидкость. Сочетание этих сил приводит к физическим явлениям, которые отличаются от макромасштабных и микронных жидкостей, таким как теплопередача на границе раздела фаз и значительное увеличение поверхностных сил, что стимулировало большой интерес к нанофлюидным чипам.

Методы обработки микро- и наноструктур:

① В основном ультрафиолетовая (УФ) литография. ② Электронно-лучевая литография (ЭЛЛ)③ Запись протонного пучка (PBW)④ Фемтосекундный лазер, технология двухфотонной прямой записи и т.д., все они широко используются в технологии обработки микро- и нанофлюидных чипов.

① Ультрафиолетовая литография:Источники ультрафиолетового света широко используются в высокоточной обработке благодаря короткой длине волны, высокой энергии фотонов и высокому разрешению обработки. В УФ-литографии материал поглощает УФ-фотон и переходит из основного состояния в возбужденное, чтобы инициировать последующую реакцию фотополимеризации или фотолиза. УФ-литография имеет следующие основные характеристики:

Малая площадь теплового воздействия: принцип обработки УФ-литографии представляет собой фотохимическую реакцию, при которой химические связи в обрабатываемом материале разрушаются при прямом облучении высокоэнергетическими УФ-фотонами, в результате чего площадь теплового воздействия очень мала или даже отсутствует;

Широкий спектр обрабатываемых материалов: высокая энергия фотонов УФ-источника позволяет обрабатывать материалы, которые не могут быть обработаны видимыми и инфракрасными лазерами;

Высокое разрешение: УФ источники света обычно могут достигать длины волны 395 нм, поэтому размер дифракционного предела меньше, чем в видимом диапазоне длин волн, что приводит к высокому разрешению. Оно может быть обработано с точностью 200 нм или менее, что позволяет получать точные микро- и наноструктуры.

Подход к УФ-литографии можно разделить на следующие видыОбработка ультрафиолетовой маскииПроцесс прямого написания ультрафиолетовых лучейДля процесса УФ-маски требуется маска фоторезиста. Для обработки УФ-маски требуется маска фоторезиста, а источник УФ-лазера является источником поверхностного света, в то время как для обработки прямой записи УФ-лазером не требуется маска фоторезиста.

② Методы прямой записи электронным пучком и ③ протонным пучком: Прямая запись электронным пучком - это метод получения структур путем прямого воздействия высокоэнергетического электронного пучка на подложку, покрытую фоторезистом (фоторезистом). Уже в 1965 году были получены наноструктуры размером 100 нм с помощью прямой записи электронным пучком. Длина волны электронного пучка очень мала, 0,12 нм при ускоряющем напряжении системы 100 КВ, и согласно теории дифракционного предела Аббе, точность прямой записи электронным пучком может быть порядка нанометров.

Прямая запись наноструктур электронным пучком обладает многими преимуществами по сравнению с другими традиционными методами обработки наноструктур, такими как:Высокое разрешение, отсутствие маски, большая глубина фокуса и возможность прямой записи на произвольные наноструктуры с помощью компьютерного управления.Основным недостатком прямой записи электронным пучком является эффект взаимной близости из-за рассеяния в слоях подложки и фоторезиста, что может привести к неравномерной поглощенной дозе в зоне воздействия. Прямая запись плазмонным лучом - это метод нанофабрикации, при котором высокоэнергетический плазмонный луч фокусируется на фоторезисте для непосредственной обработки наноструктур. Проникающая способность плазмонного пучка сильнее, чем у электронного пучка, а угол пространственной дисперсии плазмонного пучка чрезвычайно мал, что позволяет получать наноструктуры с высоким аспектным отношением.

④ Технология фемтосекундного лазерного двухфотонного прямого письма:Это метод обработки на основе лазерного источника света с более узкой шириной импульса и более высокой пиковой мощностью, чем другие традиционные методы обработки непрерывным лазером, часто взаимодействующим с материалом посредством нелинейных эффектов, и может достигать точности обработки менее ста нанометров и хороших возможностей 3D-обработки, что дает большие преимущества в области микро- и нанопроизводства. Фемтосекундный лазер достигает внутренней части материала образца с помощью объективной конвергенции, а поскольку материал взаимодействует с фемтосекундным лазером в режиме двух- или многофотонного поглощения, только центральная область лазерного фокуса подвергается взаимодействию света с веществом, что позволяет преодолеть оптический дифракционный предел и обеспечить высокоточную (разрешение <100 нм) обработку.

Мы предлагаем быстрыйУслуги по проектированию устройств МЭМС / обработке микро- и наноструктурне стесняйтесь оставлять комментарии.

Сопутствующие товары

Связанное чтение

Подробнее...