相信大家在部分科幻電影或動漫中,常常能看到可以植入人體的芯片,用來監(jiān)控身體各個參數(shù)、增強(qiáng)人體機(jī)能和神經(jīng)反應(yīng)。芯片一旦植入,普通人就變身成為神秘特工或未來戰(zhàn)士。
而現(xiàn)實(shí)中隨著馬斯克的腦機(jī)接口正在一步步邁向臨床,AlphGo把人類棋手完虐等以前只能在科幻電影中見到的“未來科技”,逐步在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)的時候,擁有“小身材有大智慧”的AI芯片似乎也能夠夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)了。
事實(shí)上,如今已有一些“芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)”出現(xiàn)了,并且其發(fā)展速度是非??斓模?/span>
芯片實(shí)驗(yàn)室
什么是“芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)”?簡單地說,能夠?qū)⒄麄€在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的基本操作單位集成到簡單微系統(tǒng)上的技術(shù)就叫“芯片實(shí)驗(yàn)室”。“芯片實(shí)驗(yàn)室”中的芯片是作為流體在其中流動的微通道圖案,可被模塑或刻蝕。
微通道和外部宏觀環(huán)境之間的連接需要通過若干孔,這些孔穿透芯片,具有不同的尺寸,用于將流體注入芯片或從芯片中移除。在微流控芯片中,根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要,流體被混合、分離或引導(dǎo)。終結(jié)果可形成自動復(fù)合系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)高通量檢測。
在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域,芯片實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)快速診斷。芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有望成為一種重要的診斷工具。這些微型化的設(shè)備使醫(yī)療保健服務(wù)提供方可以使用非常少量的試劑和測試樣本執(zhí)行一系列診斷測試。此外得益于它們的便攜性,還可以在遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的現(xiàn)場進(jìn)行測試。
制作芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab- on-a-chip)或微流控芯片(Microfluidic chip)的材料主要是玻璃,受限于芯片的微尺度特性,在制備過程中,對玻璃進(jìn)行激光微加工有著很高的要求。制作芯片實(shí)驗(yàn)室的大挑戰(zhàn)之一是在玻璃芯片內(nèi)部加工高精度管道、容器和閥門。
挑戰(zhàn):玻璃微加工
由于其脆性和透明性,玻璃中進(jìn)行微小的特征加工進(jìn)行是相當(dāng)困難的。如果使用常規(guī)工具手段,實(shí)際上是不可能的。但是超快激光器可以勝任這種加工。當(dāng)脈沖持續(xù)時間低于幾十皮秒時,激光與材料的相互作用進(jìn)入冷燒蝕狀態(tài),加工質(zhì)量和精度會變得很高。
常規(guī)的微制造方法,例如光刻,壓印和軟蝕刻,已經(jīng)用于制備微流體芯片。然而,當(dāng)要實(shí)現(xiàn)具有多功能集成的復(fù)雜微流控芯片時,這些方法將面臨巨大挑戰(zhàn),因?yàn)樗鼈冃枰喙に嚥襟E,并且成本很高。
刻蝕來啦
▲由NKT Photonics的ORIGAMI XP飛秒激光制備的芯片實(shí)驗(yàn)室樣品
大功率超快激光脈沖穿透玻璃。緊聚焦的飛秒激光脈沖可以經(jīng)濟(jì)有效地生產(chǎn)具有多功能的通用微流控芯片。超短脈沖寬度提供了令人難以置信的峰值功率,即使在透明材料中,也可以進(jìn)行表面和塊狀材料內(nèi)部的改性以進(jìn)行劃線。
▲飛秒激光加工的芯片溝道特寫
超快激光確保加工的高精度和高質(zhì)量。通過利用激光的高度空間選擇性,可以將相互作用區(qū)域準(zhǔn)確地設(shè)置在材料的特定局部區(qū)域。這使得飛秒加工技術(shù)可以在透明材料中以微尺度對復(fù)雜的三維形狀進(jìn)行非常高分辨率的圖案化和雕刻。
▲深度小于10 μm的溝道特寫
NKT超快激光器可以實(shí)現(xiàn)非常精細(xì)的深度和通道寬度控制
飛秒級超短脈沖寬度比材料中的電子-聲子耦合過程都短,因此超短的飛秒脈沖寬度,意味著在飛秒時間尺度傳遞能量,這能很好的降低熱影響區(qū)的形成和熱損害。這種“冷燒蝕”方式實(shí)現(xiàn)了高精度和高分辨率的微加工處理,并具有較高的處理可靠性。緊密聚焦的光束可以在微尺度上非常高分辨率地對復(fù)雜形狀進(jìn)行微加工。
▲用ORIGAMI XP飛秒激光處理過的芯片實(shí)驗(yàn)室樣品的特寫
圖片展示為芯片中直徑約0.6 mm的圓形儲集層
NKT Photonics:我們來提供
NKT Photonics的超快激光提供的超短脈沖非常適合用于制備芯片實(shí)驗(yàn)室器件。我們強(qiáng)烈建議將ORIGAMI XP用于玻璃和其他透明材料的激光加工。
ORIGAMI XP是一款集成、單箱、微焦級飛秒激光器。激光頭、控制器和空氣冷卻系統(tǒng)都集成在一個小巧而堅固的包裝中,體積小,甚至可以放在手提行李中!
ORIGAMI XP系統(tǒng)基于緊湊的啁啾脈沖放大技術(shù)平臺,能夠在1030 nm處提供高達(dá)75µJ的脈沖能量,5 W的平均功率以及小于400 fs的脈沖持續(xù)時間。
特點(diǎn):
•風(fēng)冷,單箱體,易于集成
•<400 fs標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度
• 5 W / 75 µJ @ 1030nm
•2.5 W / 40 µJ @ 515 nm
•1 W / 20 µJ @ 343nm
•單發(fā)(Single-shot)和按需脈沖(Pulse-on-Demand)
•雙輸出波長模塊
•有效的脈沖能量和指向穩(wěn)定性
•工業(yè),堅固的設(shè)計
•可以任意方向安裝
•實(shí)時脈沖能量測量和控制?
•高可靠性
•亦可用水冷
北京凌云光技術(shù)集團(tuán)作為NKT Photonics公司在中國的戰(zhàn)略合作伙伴,多年的合作中NKT Photonics公司與凌云始終如一,為客戶不斷提供更穩(wěn)定、更先進(jìn)、更前沿的技術(shù)!
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