光學(xué)輪廓儀用于微流體應(yīng)用的激光制造微通道表征

利用 Sensofar 的 3D 光學(xué)輪廓儀 S neox，我們可以輕松表征通過激光技術(shù)制造的微通道的形貌

      因微流體領(lǐng)域呈現(xiàn)出的巨大應(yīng)用潛力，它在過去幾年中經(jīng)歷了巨大的發(fā)展。直接微流體應(yīng)用的一些例子包括芯片實(shí)驗(yàn)室、芯片器官、護(hù)理點(diǎn)器件、細(xì)胞捕獲、化學(xué)和生物學(xué)分析。在用途方面，微流控器件有不同的幾何形狀，其復(fù)雜程度可根據(jù)需要而調(diào)整，但是構(gòu)成這些微流控器件的基本結(jié)構(gòu)之一是微通道。

      已知有幾種材料可用于制造微通道，而材料的適用性取決于制造技術(shù)。這些材料中包括聚合物、硅或玻璃。制造技術(shù)的示例包括軟刻蝕、光刻和熱熔技術(shù)。但是，當(dāng)使用鈉鈣玻璃作為材料時(shí)（因其堅(jiān)固性、耐化學(xué)性、透明性和低成本），直接激光刻寫便成為最合適的技術(shù)之一。其精確且多用途，可快速生成非常復(fù)雜的幾何圖形。而且，由于其非接觸性質(zhì)，因此沒有污染物并且不需要潔凈室設(shè)施。當(dāng)為此應(yīng)用目的進(jìn)行納米尺度操作時(shí)，必須具有非常良好的形貌圖，以確保其質(zhì)量，以及有關(guān)通道尺寸的所有信息。在此報(bào)告中，通過共聚焦顯微鏡對(duì)通過直接激光寫入制造的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了充分表征。

      通過直接激光寫入在鈉鈣玻璃上制造微通道。使用的激光器是 Rofin Nd:YVO4 系統(tǒng)，脈沖持續(xù)時(shí)間為 20 ns，中心波長(zhǎng)為 1064 nm。該裝置由檢流計(jì)系統(tǒng)構(gòu)成，該檢流計(jì)系統(tǒng)處理，并且無需樣品移動(dòng)即可制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。使用焦距為 100 mm 的透鏡將激光束聚焦在基板表面上，以確保工作區(qū)域面積為 80×80 mm2。鈉鈣玻璃購(gòu)自當(dāng)?shù)毓?yīng)商。
      為了獲得適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)縱橫比，操作員對(duì)樣品進(jìn)行了多次激光掃描。因此對(duì)形貌演變進(jìn)行研究。研究人員通過 1 到 10 次掃描制造出微通道。使用 Sensofar S neox 3D 光學(xué)輪廓儀，使用 20 倍放大倍率物鏡捕獲結(jié)構(gòu)區(qū)域的共聚焦圖像。生成表面輪廓，并描繪出激光掃描產(chǎn)生的微通道深度變化（圖 1）。
      微通道壁的粗糙度值是一個(gè)須獲得的關(guān)鍵值，因?yàn)樗仨氉銐虻筒趴捎糜谖⒘黧w應(yīng)用。利用 Sensofar S neox 3D 光學(xué)輪廓儀和 SensoMAP 分析軟件，研究人員得以從小面積獲得粗糙度值。本研究選擇了通過 50 倍放大倍率物鏡獲得的八次激光掃描微通道底部的形貌（圖 2）。

圖 1. 不同激光掃描次數(shù)下的多個(gè)微通道的共聚焦圖像（左：一次，右：十次）。生成的通道輪廓

圖 2. 根據(jù) ISO 25178 標(biāo)準(zhǔn)，用激光制造的一個(gè)微通道的 3D 形貌以及通道底部的粗糙度參數(shù)

     憑借激光直接寫入的多功能性和精確度，我們可以制造出幾種微流控器件。在這里，我們顯示了使用 20 倍物鏡獲得的某些示例的部分 3D 共聚焦形貌圖（圖 3）。

圖 3. 3D 共聚焦形貌圖詳細(xì)描繪了一些在鈉鈣玻璃操作激光的一些微流控器件示例

     利用 Sensofar 的 3D 光學(xué)輪廓儀 S neox，我們可以輕松表征通過激光技術(shù)制造的微通道的形貌。使用具有 20 倍放大倍率物鏡的共聚焦技術(shù)分析激光掃描的結(jié)構(gòu)輪廓的演變。此外，結(jié)合 SensoMAP 分析軟件，可以計(jì)算出制造出的通道的粗糙度參數(shù)。在這個(gè)例子中，獲取共聚焦形貌時(shí)使用了50 倍放大放大倍率物鏡。
     總之，通過使用 S neox 3D 光學(xué)輪廓儀，可以在尺寸和粗糙度上完*表征每個(gè)結(jié)構(gòu)。