光學輪廓儀用于微流體應用的激光制造微通道表征

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

      因微流體領域呈現出的巨大應用潛力，它在過去幾年中經歷了巨大的發展。直接微流體應用的一些例子包括芯片實驗室、芯片器官、護理點器件、細胞捕獲、化學和生物學分析。在用途方面，微流控器件有不同的幾何形狀，其復雜程度可根據需要而調整，但是構成這些微流控器件的基本結構之一是微通道。

      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。這些材料中包括聚合物、硅或玻璃。制造技術的示例包括軟刻蝕、光刻和熱熔技術。但是，當使用鈉鈣玻璃作為材料時（因其堅固性、耐化學性、透明性和低成本），直接激光刻寫便成為最合適的技術之一。其精確且多用途，可快速生成非常復雜的幾何圖形。而且，由于其非接觸性質，因此沒有污染物并且不需要潔凈室設施。當為此應用目的進行納米尺度操作時，必須具有非常良好的形貌圖，以確保其質量，以及有關通道尺寸的所有信息。在此報告中，通過共聚焦顯微鏡對通過直接激光寫入制造的結構進行了充分表征。

      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，脈沖持續時間為 20 ns，中心波長為 1064 nm。該裝置由檢流計系統構成，該檢流計系統處理，并且無需樣品移動即可制造復雜的結構。使用焦距為 100 mm 的透鏡將激光束聚焦在基板表面上，以確保工作區域面積為 80×80 mm2。鈉鈣玻璃購自當地供應商。
      為了獲得適當的結構縱橫比，操作員對樣品進行了多次激光掃描。因此對形貌演變進行研究。研究人員通過 1 到 10 次掃描制造出微通道。使用 Sensofar S neox 3D 光學輪廓儀，使用 20 倍放大倍率物鏡捕獲結構區域的共聚焦圖像。生成表面輪廓，并描繪出激光掃描產生的微通道深度變化（圖 1）。
      微通道壁的粗糙度值是一個須獲得的關鍵值，因為它必須足夠低才可用于微流體應用。利用 Sensofar S neox 3D 光學輪廓儀和 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. 不同激光掃描次數下的多個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 ISO 25178 標準，用激光制造的一個微通道的 3D 形貌以及通道底部的粗糙度參數

     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 光學輪廓儀 S neox，我們可以輕松表征通過激光技術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分析激光掃描的結構輪廓的演變。此外，結合 SensoMAP 分析軟件，可以計算出制造出的通道的粗糙度參數。在這個例子中，獲取共聚焦形貌時使用了50 倍放大放大倍率物鏡。
     總之，通過使用 S neox 3D 光學輪廓儀，可以在尺寸和粗糙度上完*表征每個結構。