Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Ключевые слова: microfluidics, laser ablation, Master mold, rapid prototyping, микрофлюидика, лазерная абляция, мастер-форма, быстрое прототипирование
Аннотация: Изготовление микрофлюидных чипов с помощью метода лазерной абляции является перспективной альтернативой традиционному методу фотолитографии. Однако неоптимальный выбор параметров лазерного излучения при обработке поверхности может привести к низкому качеству или порчи подложки. В связи с этим актуальной является потребность в систеПоказать полностьюматическом исследовании влияния параметров лазерной обработки на результирующие характеристики микрорельефа подложки. В данной работе рассматриваются особенности изготовления металлической мастер-формы микрофлюидных чипов с помощью лазерной абляции. Подробно обсуждаются методологические аспекты процесса изготовления мастер-формы, связанные с подбором оптимальных параметров лазерного излучения, и выбора материала для изготовления мастер-формы. Показано, что максимальная разрешающая способность микроструктур и каналов при работе с нержавеющей сталью достигается при мощности лазерного излучения 0,6 Вт и частоте 40 кГц. Установлена линейная зависимость глубины канала от количества проходов лазера: 0,5 мкм за 1 проход при скорости 400 мм/с. При работе с алюминием оптимальными параметрами мощности и частоты являются 3 Вт и 30 кГц соответственно. Однако при этом удаления материала с поверхности подложки не происходило, что делает алюминий малопригодным для изготовления мастер-форм. Таким образом, была показана возможность применения метода лазерной абляции для изготовления металлических мастер-форм микрофлюидных чипов. Несмотря на ряд выявленных ограничений, связанных с разрешающей способностью и необходимостью подбора параметров лазерного излучения для каждого типа материала, такой способ является перспективным для экспресс-прототипирования микрофлюидных устройств The fabrication of microfluidic chips using the laser ablation method is a promising alternative to the traditional photolithography technique. However, a non-optimal selection of laser parameters during surface processing can lead to low quality or damage of the substrate. Therefore, there is a relevant need for a systematic investigation of the influence of laser processing parameters on the resulting characteristics of the substrate’s microrelief. This work examines the specifics of manufacturing a metallic master mold for microfluidic chips via laser ablation. The methodological aspects of the master mold fabrication process are discussed in detail, particularly those related to the selection of optimal laser parameters and the choice of master mold material. It is shown that the maximum resolution of microstructures and channels on stainless steel is achieved at a laser power of 0.6 W and a frequency of 40 kHz. A linear dependence of channel depth on the number of laser passes was established: 0.5 μm per pass at a speed of 400 mm/s. For aluminum, the optimal power and frequency parameters were 3 W and 30 kHz, respectively. However, no material removal from the substrate surface occurred under these conditions, rendering aluminum a suboptimal choice for master mold fabrication. Thus, the feasibility of using the laser ablation method to manufacture metal master molds for microfluidic chips was demonstrated. Despite a number of identified limitations related to resolution and the need to tailor laser parameters for each material type, this method is promising for the rapid prototyping of microfluidic devices
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии
Выпуск журнала: Т. 18, № 7
Номера страниц: 906-915
ISSN журнала: 1999494X
Место издания: Красноярск
Издатель: Сибирский федеральный университет