专利名称：一种微流控芯片数控加工仪的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种微流控芯片微加工系统。
背景技术：
近年来，微流控芯片技术作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、 便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛研究和应用，例如细胞生物学、分析化学、 环境监测与保护、司法鉴定、药物合成筛选、材料学和组织工程学等领域。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台，其特征主要是容纳微流体的结构单元，如流体通道、反应室和其它功能单元等。在微流控芯片研究中，如何在不同芯片材料上加工多种不同的结构单元，是微流控芯片研究和应用的基础。目前在微流控芯片加工工艺上，主要有激光雕刻，化学蚀刻，光刻等方法，这些方法各有利弊，主要缺点为操作复杂，加工周期长，抛光差，对材料有选择，通道粗糙度大，且重复性差，很难作为一种通用有效的芯片加工方法。随着现代数控微加工技术的发展，其在加工精度和尺度上已经能满足微流控芯片的技术要求，但现有的数控微加工设备在设计上并非专用于微流控芯片的设计与加工，造成了应用上不必要的繁琐操作以及对材料的浪费和破坏，大大限制了数控微加工技术在微流控芯片的制备中的应用。
发明内容
本发明是针对常规用于微流控芯片微加工的数控微加工技术的不足而提供的一种微流控芯片数控加工仪，其特征在于其基于数控加工技术，专用于微流控芯片的加工。系统由微流控芯片片基固定台单元、数控铣刻单元、芯片铣刻控制程序和计算机组成。微流控芯片片基固定台单元，位于数控加工单元下方，在平行于X/Y轴方向的平面上，由上下两层 (主平台和辅助台)组成。辅助平台是安装于主平台的衬板，可以拆卸和重新定位，微流控芯片片基先固定于辅助平台上，再将辅助平台固定到主平台上，实现微流控芯片片基的精确定位和重复定位。数控铣刻单元由铣刻功能部件和X/Y/Z三个相互垂直方向上的数控定位和运动部件构成。计算机通过数字接口与数控铣刻单元进行通讯，运行芯片铣刻控制程序实现对铣刻单元的定位和移动控制，从而实现铣刻加工部件在芯片表面进行微加工，得到CAD程序所设计的微通道结构。为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤(1)用CAD软件设计芯片表面的微通道结构图形；(2)将CAD软件设计的微通道结构图形转换成芯片铣刻控制程序；(3)将微流控芯片片基固定于辅助平台上，再将辅助平台固定到主平台上；(4)选择合适的刀具，安装于数控铣刻单元中铣刻功能部件的刀具夹中；(5)启动铣刻控制程序，在芯片表面进行微加工，得到所需的微通道结构。本发明中，铣刻部件在X/Y/Z三个相互垂直方向的的数控定位和移动，可以由步进电机或伺服电机驱动丝杠旋转实现的。
本发明中，步进电机由步进电机驱动器驱动，一个脉冲信号可以控制电机转动 π /1600弧度，丝杠螺距每周1mm，因此，每个脉冲移动1/1600(0. 000625)mm。本发明中，微流控芯片微加工系统在X/Y/Z三个方向能够进行大范围移动，其工作台面可达20x30x6cm，可进行大芯片的加工，也可同时加工多个芯片。本发明中，所述的数控加工单元的铣刻功能部件，可以是高速电机驱动铣刀旋转铣刻，也可以是电火花灼刻、激光灼刻、超声震动铣磨方式实现微流控芯片微通道的加工。本发明中，片基固定台单元是由主平台和辅助平台构成，辅助平台是主平台的衬板，可以拆卸和重新定位。微流控芯片片基先固定于辅助平台上，再将辅助平台固定到主平台上，实现微流控芯片片基的定位和重复定位。本发明中，辅助平台上固定有直角卡位，用于固定和定位芯片片基，根据芯片片基的尺寸、大小、形状及数量，辅助平台可设计成单卡位或多卡位，卡位间距可以根据芯片片基的需要进行定制。此外，采用薄双面胶将芯片片基胶合到辅助平台上，可避免采用侧向和垂直方向的压力固定造成片基形变而引起的微加工误差。本发明中，为避免微加工在Z轴方向的零点定位测量误差，采用显微镜观察测量 (目镜测微尺辅助)，也可采用CCD(电荷耦合元件)图像传感器，而非接触式定位，避免了 Z轴零点定位时刀具挤压芯片片基所造成的Z轴方向上的微加工误差。本发明中，芯片片基材料可以是石英、玻璃、单晶硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚二甲基硅氧烷、铜、铝、不锈钢和镍等中的一种或几种。本发明中，微流控芯片微加工系统，可广泛适用于各种微流控芯片片基的加工，操作方面，加工周期短，工艺简单，消耗少，精度高，重复性好，对微流控芯片制作和基于微流控芯片的基础和应用研究具有重要意义。
图1为本发明提供的微流控芯片微加工系统的示意图。图中1.X/Y/Z方向驱动电机(步进或伺服电机)，2.光轴或导轨，3.丝杠，4.主平台，5.辅助台，6. Z方向定位显微定位摄像头或显微镜，7.固定卡位，8.电钻(或其他铣刻电器)，9.固定螺母，10.固定螺栓，11.定位孔，12.微流控芯片片基。
具体实施方案在进行微流控芯片微加工时，首先设计芯片表面所需的微通道结构，可在计算机上编制采用G代码，或者应用辅助制图软件CAD绘图后再导出G代码，即芯片铣刻控制程序。将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片基切割成h5cm，将待加工面的对侧四边贴上薄双面胶，然后一端卡在辅助平台的直角卡位上，按压贴牢后将辅助台再依靠主平台卡位，通过拧紧螺帽使之固定到主平台上。根据芯片的微通道加工尺寸的微加工要求，采用铣刻方法，安装适合的铣刀，如0. 2mm直径平角铣刀。启动芯片铣刻控制程序，进行X/Y/Z方向的零点定位。关于Z轴方向的定位，由于加工深度尺度小，一般小于0. 5mm，采用显微镜观察和测量加工刀具是否已经接触到材料片基表面。显微镜是经过物镜尺校准过的，通过目镜中的刻度可以准确测量出刀具深入材料的深度，调整刀具刚接触芯片表面时Z轴为零。运行G代码解析软件，通过计算机并口或串口等通讯端口与步进电机驱动器连接并发送指令，控制铣刀在X/Y/Z方向进行移动和加工，在芯片片基表面微加工出所需的微通道结构。
完成一个芯片的微通道制备后，要进行另一张芯片的制备时，可从主平台上取下辅助平台，在从辅助平台取下加工过的片基，采用酒精擦拭方法去除双面胶残留，然后再以同样的方法把新的芯片片基安装到辅助平台，再通过辅助平台固定到主平台上，两次片基的X/Y/Z坐标都是恒定的，误差可以小于0. 01mm(不考虑片基厚度误差)。运行G代码解析软件，重复芯片片基表面微通道结构的铣刻，即可得到另外一张具有同样微通道结构的芯片。
权利要求
1.一种微流控芯片数控加工仪，其特征在于该系统是基于数控微加工技术，专用于微流控芯片的制备。系统由微流控芯片片基固定台单元、数控铣刻单元、芯片铣刻控制程序和计算机组成。微流控芯片片基固定台单元，位于数控加工单元下方，在平行于X/Y轴方向的平面上，由上下两层(主平台和辅助台)组成。辅助平台是安装于主平台的衬板，可以拆卸和重新定位，微流控芯片片基先固定于辅助平台上，再将辅助平台固定到主平台上，实现微流控芯片片基的精确定位和重复定位。数控铣刻单元由铣刻功能部件和X/Y/Z三个相互垂直方向上的数控定位和运动部件构成。计算机通过数字接口与数控铣刻单元进行通讯，运行芯片铣刻控制程序实现对铣刻单元的定位和移动控制，从而实现铣刻加工部件在芯片表面进行微加工，在芯片表面得到所需的微通道结构。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片微加工系统，其特征步骤依次如下(1)用CAD软件设计芯片表面的微通道结构图形；(2)将CAD软件设计的微通道结构图形转换成芯片铣刻控制程序；(3)将微流控芯片片基固定于辅助平台上，再将辅助平台固定到主平台上；(4)选择合适的刀具，安装于数控铣刻单元中铣刻功能部件的刀具夹中；(5)启动铣刻控制程序，在芯片表面进行微加工，得到所需的微通道结构。
3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片微加工系统，其特征在于X/Y/Z三个相互垂直方向的数控定位和运动部件，是由步进电机或伺服电机驱动丝杠旋转，实现铣刻功能部件的定位和移动。
4.根据权利要求1或2所述的微流控芯片微加工系统，其特征在于步进电机由步进电机驱动器驱动，一个脉冲信号可以控制电机转动η/1600弧度，丝杠螺距每周1mm，因此，每个脉冲移动 1/1600(0. 000625) mm。
5.根据权利要求1或2所述的微流控芯片微加工系统，其特征在于X/Y/Z三个方向的移动范围，即系统的工作台面可达20x30x6cm。
6.根据权利要求1或2所述的的微流控芯片微加工系统，其特征在于数控加工单元的铣刻功能部件，可以是高速电机驱动铣刀旋转铣削，也可以是电火花灼刻、激光灼刻、超声震动铣磨方式实现微流控芯片微通道的加工。
7.根据权利要求1或2所述的的微流控芯片微加工系统，其特征在于微流控芯片片基固定台单元，是由主平台和辅助平台构成，辅助平台是主平台的衬板，可以拆卸和重新定位。微流控芯片片基先固定于辅助平台上，再将辅助平台固定到主平台上，实现微流控芯片片基的定位以及重复定位。
8.根据权利要求1或2所述的的微流控芯片微加工系统，其特征在于辅助平台上固定有直角卡位，用于固定和定位芯片片基，根据芯片片基的尺寸、大小、形状及数量，辅助平台可设计成单卡位或多卡位，卡位间距可以根据芯片片基的尺寸大小进行定制。
9.根据权利要求1或2所述的的微流控芯片微加工系统，其特征在于Z轴方向上的定位，采用显微镜观测(目镜测微尺辅助完成)，而非接触式定位，避免了 Z轴零点定位时刀具挤压芯片片基所造成的Z轴方向上的微加工误差。
10.根据权利要求1或2所述的的微流控芯片微加工系统，其特征在于微流控芯片片基的固定，采用薄双面胶胶合到辅助台上，避免采用侧向和垂直方向的压力固定造成片基形变而引起的微加工误差。
全文摘要
一种微流控芯片数控加工仪。该系统包括数控铣刻单元、微流控芯片片基固定台单元、芯片铣刻控制程序和计算机。数控铣刻单元由铣刻功能部件和X/Y/Z三个互相垂直方向上的数控定位和运动部件构成，从而实现铣刻加工部件在芯片表面进行定位和铣刻功能。片基固定台单元，位于数控铣刻单元下方，在平行于X/Y轴方向的平面上，由上下两层(主平台和辅助平台)组成，辅助平台是安装于主平台的衬板，可拆卸和重新定位，微流控芯片片基先固定于辅助平台上，然后再固定到主平台上，可实现微流控芯片片基的精确定位和重复定位。计算机通过数字接口与数控铣刻单元相连进行通讯，运行芯片铣刻控制程序实现对铣刻单元的定位和移动控制，从而实现铣刻加工部件在芯片表面进行微加工，在芯片表面得到所需的微通道结构。
文档编号B81C1/00GK102442633SQ20101050650
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者聂富强 申请人:北京华凯瑞微流控芯片科技有限责任公司