激光在微流体、微光学和微细胞培养等聚合物修饰中的辅助应用

发了诸如立 体光刻的层加工技术 ，为实现 Ｍ Ｔ装 置 Ｓ
的生产提供 了保证 。然而 ，这些 技术 目前 仍然受 到 诸如材料和特征 尺寸以及精确 度的 限制 。微机械控 制工具 的复 制可 以满足 大体 积 的工业加 工 的需要 。
传统 的复制方法是 热压成型 和注塑模具 成型 。硅 可
微 图形化 和激光 ＬＧ Ｉ Ａ等 聚合 物 目前 的紫 外激 光微 加工 工艺到处都有报道 。对于微结 构聚合物 ，在制
作宽度 为 ２ ／ 的沟槽 结构过程 中发展 了激 光传输 ０ｘ ｍ
焊接技术 。紫外光致表 面修 饰技术 也在基于 聚合物
的微器件 的发展 中成 为了一 门新 的技术 。为了实现 该 目的 ，可以应用激光 辐射源或 紫外灯 系统 。激光
了达到该 目的 ，在掩 膜技术 中采用 了高重复 率的准分子激光器。波导适 用于可见光 区域 和１ ５ ｌ。 ９ｎ ５ ｎ
得到的结构在可见光 区域的吸收 系数 为０ Ｂｃ ． ｄ ／ｍ。 ７
言
基 于硅的微 型器 件 ，如传 感器或 马达等 ，在微 满 足前面所 提到 的要 求 ，快 速成 型 、快速 加工 和快
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第ｌ 期
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速制造技术正被越来 越多地应 用于微 系统领域 。开
Ｌ Ｘ １ｉ Ｐ ２ ０ 作为 １ ３ｎ 脉宽为 ２ ｓ ９ ｍ ｆ ０ｎ）或 ２ ８ｎ （ ４ ｍ 脉 宽 为 ２ Ｓ ５Ｈ ）的辐 射源 ； （ ）Ｐｏ ａｔｒ（ ｐｅ ． ） ２ ｒｍ ｓ ｅ Ｏ ｔｃｓ ． ａ 与 Ａ Ｌ Ｘ ５ ０ Ｓ 作 为 ２ ８ｎ （ Ｔ Ｅ 一０ 一Ｉ ４ ｍ 脉宽 ４ ６ｎ ）的辐 ～ ｓ 射 源。预计短脉 冲 ｆ 几级秒 宽）能够大大降低激光加 工 过程 中的热效应 。高光 束一致性 或 “ 高平 台”状
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激 光在 微 流体 微 光 学和 微 细胞 培 养等 聚合 物修 饰 中的辅 助应 用
●孔 延 梅
摘要 ：在 直接 制备 用于 生物分析领 域的毛 细管电泳聚合物 芯片时 ，研 究 了激光在辅助聚合 物成型 中
的应 用。许 多时候 ，激光在做 激光表 面处理 时会 引起化 学、物理和表 面形 貌的 变化 。这 一物质特性
养之前 ，细胞 培养介 质与 １ｍ ／ Ｌ的聚醚 Ｆ ６ ∞混 ｇ ｍ 一８ 合 。在相衬模 式的细胞培 养期 间 、在定位 和结晶紫
进行 了探 测。产生的碎 裂主要ห้องสมุดไป่ตู้是用来提 高细胞粘 附力 。另一种情况 下 ，聚 合物表 面光催化 作用 。包
括在氧 气或周 围空气 中引起 的氧化 ．导致 了细胞介 质 中的蛋 白质吸 附性 高度定位 变化和 细胞吸 附性
大幅度提 高。
还 研 究 了Ｐ 和Ｐ ＭＡ聚合 物表 面润 湿性的 高度 定位控 制 ．对 于Ｐ 来说 ，动 态接 触 角度 可 以在 Ｓ Ｍ ｓ ｏ １０之 间调 整。这样可 以做 到合适的曝光剂 量和恰 当选择 处理过程 中所 用气体 ｆ ５。 氦或氧 气１ 。对 于
适合应 用在 集成芯片上 。本 文主要 介绍研 究人 员在 微光 学、微 流体和 细胞 等领域所进行 的激光辅助
聚合物 （Ｓ Ｐ ）和聚 甲基 丙烯酸 甲酯 （ＭＭ ）修 正研 究的成果。基于此 目的，研 究人 员还 对折射率 的 Ｐ Ａ
改变 、润 湿性和蛋 白质 吸 附性 以及动 物细胞 的粘 附性与激 光 和处理 参数 之 间的 函数 关 系进行 了研 究。通过Ｘ 线光 电能谱 来表征表 面可能发 生 的化 学变化 。利 用二 维和三 维 的Ｐ 和 聚碳 酸 酯 ｆＣ 射 Ｓ Ｐ） 表 面实现 了适 用于高细胞粘 附性 的紫外激光辅 助化 学结构 。在 高于和低 于激光熔融 阈值 两种机 制下
Ｐ ＭＡ 来讲 ，在 激光熔 融阂值 以 下可以观察 到远没有Ｐ 明显 的类似 现 象。Ｐ Ｍ Ｓ ＭＭＡ的动 态前 置接 触 角
可以在５ 。８ 。 间调节。还将讨论微流体应 用的润 湿性调 整。 ０～ ０之 在 将集成光 波导集成到微流体装 置 中时，研 究 了一种快速制作Ｐ Ａ单模光 波导的新 方法。 为 ＭＭ
以用作热压成 型小数量 的复 杂微流体 系统 的主要 工
具 。大批量 的复制则需要采 用微注 塑成型方 法。而 此项工作 中却需要一种更加 耐用 的工 具 ，可 以利 用 微磨钻或激光来 实现加工 。特别是 Ｆ ｒ ｈ ｎ ｓｚｎ ｏｓ ｕ ｇ—ｅ ． ｃ ｔ ｍ Ｋ ｒ ｒｈ ｍ Ｈ提 出 的 ＬＧ ｒ ａ ｓ ｅＧ ｂ ｕ ｌｕ Ｉ Ａ技术 ，给 出 了一 种低 成 本 、批 量 生 产大 长 宽 比 、亚微 米 和 精确 度
＜ ｍ的微结构元 件 的方 法 。Ｍ Ｔ紫外激 光辅 助工 ２ｔ ｔ Ｓ 艺在微 流体 、生物分析 、生物反应 器和微光 学等领
域都 引起 了人们 浓厚 的研 究兴趣 。关 于激 光熔融 、
标 准 的 Ｌ２ ９ ９细 胞 培 养 已 经 有 过 详 细 描 述 。
Ｌ２ ９ ９鼠科纤 维 细胞 培 养介 质 是用 ２ｍ 一 氨酸 ＭＬ谷 盐 、１０单位／ ０ ｍＬ的盘 尼西林 、１０ｚ／ Ｌ链 霉素和 ０／ ｍ ｇ １ ％体积 比的马 血浆按配 比组成 的 Ｍ Ｍ ｆ ０ Ｅ 最小重要 介质） 。在修饰聚合物基底上 实现细胞接种和细胞培
的波动＜ ％是实 现激光辅 助修饰 聚合物成 功 的一 个 ５
关 键 因素 。因此 ，对于高 能量准分 子激光 辐射 ，需 要 应用多透镜 阵列来实现 光束 的匀 化 以满 足工艺要 求 。另外 ，短 脉 冲准 分 子激 光 器 能够 产 生 原始 的
“ 平顶 ”光束 ．可 以不用经过匀化装置就直接应用在 各 种微加工工艺 中。 ２２ 细胞培养实验 ．