一种在磁光玻璃上制备磁光生物传感微通道的方法技术

本发明专利技术公开一种在磁光玻璃上制作磁光生物传感用微通道的方法：将微通道图案通过软件绘制导入，使用40×物镜和520μm狭缝聚焦激光于抛光良好玻璃表面&激光束透射正交方向。以100kHz重复频率，0.1‑0.5W功率，21‑25A电流,重复扫描1‑3000次。按设定扫描图案移动激光束，直至在玻璃表面写出三维微通道。开通吹气装置辅助飞秒激光去除烧蚀玻璃基体碎屑，超声波去离子水震荡清洗后，280‑300℃下退2小时,所得微通道40‑50µm宽，20‑30µm深。该方法避免飞秒激光刻写玻璃微通道技术存在的酸蚀工艺，为磁光传感提供磁光性能优良的载体，提高器件磁场响应灵敏度和速度。本方法简单无毒污染，能耗低。

A method for preparing microchannels of magneto-optical biosensor on magneto optic glass

The invention discloses a method for fabricating microchannels for magneto optic biological sensing on magneto optical glass. The microchannel pattern is drawn by software, and is imported by 40 software and 520 m slit focusing laser to & on the polished glass surface. The laser beam transmises the orthogonal direction. At 100kHz repetition rate, 0.1 0.5W 21 25A power, current, 1 3000 times repeated scanning. The laser beam is moved by the set scan pattern until the three-dimensional microchannel is written on the surface of the glass. Open air blowing device assisted femtosecond laser ablation of glass substrate removal of debris, deionized water ultrasonic concussion after cleaning, 2 hours and 280 under 300 DEG C, the micro channel 40 50 m wide and 20 m deep 30. This method can avoid acid etching process are carved with femtosecond laser glass micro channel technology, provide excellent performance for magneto-optical carrier magneto optical sensing, field sensitivity and speed increasing device. This method is simple and nontoxic, and the energy consumption is low.

【技术实现步骤摘要】
一种在磁光玻璃上制备磁光生物传感微通道的方法
本专利技术涉及玻璃基磁光生物芯片或者磁光传感微通道制备
，尤其是涉及磁光玻璃基微通道的制备方法。
技术介绍
磁光生物传感是融合了磁光效应和微流控的新型生物&医学分析平台。近年来出现的磁流控和趋磁因子等生物传感为利用磁场控制目标流向开辟了新思路。外磁场激发的磁光效应为开发更灵敏，快速和低成本的生物传感器提供了保证并在包括检测医疗状况、生物恐怖威胁、靶向药物递送、磁分离、超热处理和生物相关配体涂层等应用中引起高度关注，成为当前分析化学领域发展的前沿。近年来飞秒激光加工开创了激光加工微通道的新领域。飞秒激光的主要特性是发光持续时间短、脉冲峰值功率高，与透明物质相互作用时，能以极快的速度将能量聚焦到很小区域，瞬间的高能量密度沉积使作用区域内的温度瞬间内急剧上升，并远远超过材料的融化和气化温度，使材料处于高温高压高密度的等离子状态，并克服材料原有束缚力使该区域材料以等离子体向外喷发的形式得以去除。这一过程严格避免了材料的线性吸收，能量转移和扩散等影响，从而使飞秒激光成为高精度，高空间分辨率的非热熔性冷处理工艺，并成为研究光与物质相互作用快过程的重要工具。目前利用飞秒激光在玻璃上制作微通道主要是酸液&液体辅助飞秒激光刻写法。采用飞秒激光在玻璃表面直写引起玻璃内部改性后，使用酸液进行湿法化学蚀刻激光烧蚀区域得到微结构。这种制作微通道的方法存在通道开口端直径明显大于通道中间区域直径，并且这种制作方法对通道网络的结构、通道长度及基底材料有很大的限制。此外，用于微通道制备的这些刻蚀液多为强酸、强碱或毒性有机溶剂，容易污染环境，废液处理十分繁琐。而且在酸蚀前需要将无需加工区域进行保护，使操作更为复杂，成本较高。因此，急需发展一种制备微通道的激光工艺，无须酸液辅助，不但能够提高效率，减少环境污染，而且降低成本。制作磁光生物传感芯片的主要材料有石英、玻璃和高聚物等。使用高聚物制作微流芯片具有制备方便的优点，但高聚物的结构稳定性差，表面改性困难，使用寿命短，不能满足长期检测的要求。磁光玻璃良好的光学和电绝缘性能，和生物样品有良好的兼容，天然的表面亲水性，表面电荷稳定性以及良好的化学稳定性。磁光玻璃的透氧气率和非特殊性吸附较低这一特点有利于细胞的长期培养。此外，由于其表面的高导热性和稳定的电渗移动性，由磁光玻璃制成的微通道比其他材料具有更好的性能。比如很多微流体应用在化学合成，精确制作通道或孔，电极甚至与电子电路集成等方面都需要高温处理，磁光玻璃能展现出良好的耐温性能。尤其是磁光玻璃良好的磁光性能，有利于外磁场控制下的快速和较大响应。磁光玻璃的能带比常规硅酸盐玻璃小，对飞秒激光刻写极为有利，因为该玻璃的熔点低，在激光加工过程中容易被气化而去除，在内壁上容易保持光滑。此外根据飞秒激光和玻璃的作用原理，微通道的质量不仅取决于激光光强，频率，标记速度和跳转速度等，而且取决于材料非线性吸收阶数，非线性性能越高，聚焦光斑在焦点处的光强最大，激光损伤区域越小，所以透明介质中的非线性阈值效应很重要，而磁光玻璃相比一般玻璃，其非线性阈值和极化非常大，因此在同等光强下，激光在磁光玻璃的表面产生高密度自由电子等离子体的喷发比一般玻璃大，因此对该区域的损伤就小。目前，磁光生物传感研究正在向广泛的应用领域及深度产业化转型。磁光玻璃的磁光效应越来越多地被用于微流控生物芯片，而采用飞秒激光获取磁光玻璃基微通道的技术是基于磁光玻璃不同于一般玻璃的优点，比如熔点低，能带小等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种玻璃基磁光生物传感微通道，同时本专利技术还提供了一种快速简便，环境友好的低成本磁光玻璃基微通道的制备方法。为实现上述目的，本专利技术可采取下述技术方案：本专利技术所述的磁光玻璃基微通道的制备方法为:一种利用飞秒激光直写制备磁光玻璃基微通道的方法，其特征在于：1）待刻写的成分为PbO-Bi2O3-GaO2-B2O3磁光玻璃进行研磨抛光，使玻璃表面粗糙度不大于50微米，并将玻璃固定在三维移动平台。2）将微通道图案通过AUTOCAD软件绘制后导入与飞秒激光连接的计算机。3）将由飞秒激光器发出的激光通过聚焦镜聚焦在垂直待刻写的玻璃上表面，该激光系统以100kHz的重复频率（1-3000）工作，并提供0.1W至0.5W的激光功率，对应电流范围为21A至25A。激光重复扫描微结构1〜3000次。使用40×物镜（NA0.6）和放置在物镜前方的520μm狭缝将入射激光聚焦在与样品&激光束透射正交的方向。4）按预先设定的扫描图案移动激光束，直至在玻璃表面写出三维微通道。激光脉冲宽度为100飞秒，20mW的激光束波长514nm聚焦产生直径为2.7μm光斑，样品在X轴方向以100-250mm/s的速度移动，同时激光照射线在Y方向以5微米的间距重复扫描，设定标记速度和跳转速度均为250mm/s，生成4mm边长的正方形照射区域。整个加工过程开通吹气装置辅助飞秒激光去除烧蚀玻璃基体碎屑，并对成品进行超声波去离子水震荡清洗进一步去除烧蚀玻璃碎屑。5）在fs激光照射后，玻璃样品在280-300℃下退火120分钟。所述磁光玻璃基微通道可以在微流体、磁光生物芯片、磁流体及磁光传感器等领域应用。本专利技术的优点是避免了酸蚀步骤，直接在磁光玻璃表面获得微通道的方法，为实现磁光生物传感、微流控、磁流控等提供良好磁光效应和流体载体。成品用SEM分析其形貌尺寸及完整性。所得为通道40-50微米宽，20-30微米深，表面和内壁激光烧蚀轻微。制备方法简单易行且无毒污染，反应条件温和，能耗低，环境友好。附图说明图1为本专利技术所用的磁光玻璃实物照片。图2为本专利技术实施例1制备的磁光玻璃微通道实物照片。图3为本专利技术实施例1磁光玻璃基微通道的俯视图和截面图SEM照片。图4为本专利技术实施例2制备的磁光玻璃基微通道实物照片。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例11）待刻写的成分为PbO-Bi2O3-GaO2-B2O3磁光玻璃进行研磨抛光，使玻璃表面粗糙度不大于50微米，并将玻璃固定在三维移动平台。2）将微通道图案通过AUTOCAD软件绘制后导入与飞秒激光连接的计算机。3）将由飞秒激光器发出的激光通过聚焦镜聚焦在垂直待刻写的玻璃上表面，该激光系统以100kHz的重复频率2000次工作，并提供0.1W的激光功率，对应电流范围为25A。使用40×物镜（NA0.6）和放置在物镜前方的520μm狭缝将入射激光聚焦在与样品&激光束透射正交的方向。4）按预先设定的扫描图案移动激光束，直至在玻璃表面写出三维微通道。激光脉冲宽度为100飞秒，20mW的激光束波长514nm聚焦产生直径为2.7μm光斑，样品在X轴方向以250mm/s的速度移动，同时激光照射线在Y方向以5微米的间距重复扫描，设定标记速度和跳转速度均为250mm/s，生成4mm边长的正方形照射区域。整个加工过程开通吹气装置辅助飞秒激光去除烧蚀玻璃基体碎屑，并对成品进行超声波去离子水震荡清洗进一步去除烧蚀玻璃碎屑。5）在fs激光照射后，玻璃样品在280-300℃下退火120分钟。本专利技术实施例1采用的磁光玻璃实物照片如图1所示，该玻璃透明均匀，呈浅黄色。在633nm波长的磁光菲尔德常数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用飞秒激光直写制备磁光玻璃基微通道的方法，其特征在于：1）待刻写的成分为PbO‑Bi2O3‑GaO2‑B2O3磁光玻璃进行研磨抛光，使玻璃表面粗糙度不大于50微米，并将玻璃固定在三维移动平台； 2）将微通道图案通过AUTOCAD 软件绘制后导入与飞秒激光连接的计算机；3）将由飞秒激光器发出的激光通过聚焦镜聚焦在垂直待刻写的玻璃上表面，该激光系统以100kHz的重复频率工作，并提供0.1W至0.5W的激光功率，对应电流范围为21A至25A；激光重复扫描微结构1〜3000次；使用40×物镜（NA 0.6）和放置在物镜前方的520μm狭缝将入射激光聚焦在与样品&激光束透射正交的方向；4）按预先设定的扫描图案移动激光束，直至在玻璃表面写出三维微通道；激光脉冲宽度为100飞秒，20 mW的激光束波长514nm聚焦产生直径为2.7μm光斑，样品在X轴方向以100‑250 mm/s的速度移动，同时激光照射线在Y方向以5微米的间距重复扫描，设定标记速度和跳转速度均为250mm/s，生成4mm边长的正方形照射区域；整个加工过程开通吹气装置辅助飞秒激光去除烧蚀玻璃基体碎屑，并对成品进行超声波去离子水震荡清洗进一步去除烧蚀玻璃碎屑；5）在fs激光照射后，玻璃样品在280‑300℃下退火120分钟。...

【技术特征摘要】
1.一种利用飞秒激光直写制备磁光玻璃基微通道的方法，其特征在于：1）待刻写的成分为PbO-Bi2O3-GaO2-B2O3磁光玻璃进行研磨抛光，使玻璃表面粗糙度不大于50微米，并将玻璃固定在三维移动平台；2）将微通道图案通过AUTOCAD软件绘制后导入与飞秒激光连接的计算机；3）将由飞秒激光器发出的激光通过聚焦镜聚焦在垂直待刻写的玻璃上表面，该激光系统以100kHz的重复频率工作，并提供0.1W至0.5W的激光功率，对应电流范围为21A至25A；激光重复扫描微结构1〜3000次；使用40×物镜（NA0.6）和放置在物镜前方的520μm狭缝将入射激光聚焦在与样品&激光束透射正交的方向；4）按预先设定的扫描图案...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈秋玲，王晖，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41