微流控分析芯片快速制造方法研究

　　1、引言

　　微型全分析系统，或称芯片实验室(Lab-on-a-chip)是一个跨学科的新领域[1,2]。其中的关键部分--微流控芯片的加工方法起源于微电子工业的微机电加工技术和微电子加工技术，但它又不同于以硅材料二维浅深度加工为主的集成电路芯片加工技术。微管道的加工宽度和深度比集成电路芯片大的多，加工精度要求则相对较低。近来，随着微流控芯片应用领域的扩大，微流控芯片的加工技术已经成为人们关心的热点课题。本文采用的微流控芯片加工技术是建立在快速成型技术(RAPID PROTOTYPING,RP[3,4,5,6]基础之上的，并对之作了一定的改进。

　　快速成型技术是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、激光技术、精密伺服驱动和新材料等先进技术集成一体，依据计算机上构成的工件三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓，按照这些轮廓，激光成型头选择性地固化一层层的液体树脂形成各个截面的轮廓，并逐步顺序叠加成三维工件。目前快速成型技术已经成熟并进入了商品化阶段。

　　虽然快速成型技术已经进入商品化阶段，但是目前该技术并未被应用到微流控芯片的加工领域。由于微流控芯片的研制目前正处于试制和小规模制造阶段，需要不断反复地修改、评价和仿真测试。快速成型技术恰好可以满足这一需要，因此将RP技术应用于微流控芯片制造过程，将会大大缩短微流控芯片的研制周期，为我国开发研制微流控芯片探索设计理论，制造方法，积累实验经验。

　　2、文件格式探讨

　　在快速成型技术中，虽然存在着各种各样的二维数据来源，但是切片法仍然占据了绝大部分二维数据来源。自从引入 STL 文件以来，由于它简单易行，后续切片算法简单、通用，受到大多数快速成形系统支持，因而成为一种事实上的标准。所以，一般的快速成型系统多采用 STL 数据格式[7]。

　　但是，在实际应用中，STL 文件也存在如下问题，如图 1,图 2 所示：

　　(1)使用小三角形平面来近似三维曲面，存在曲面误差

　　(2)缺乏拓扑信息，容易产生错误，诊断与修复困难

　　(3)大 STL 文件的后续切片将占用大量的加工时间

　　(4)数据冗余，文件庞大

　　如果能直接从 CAD 模型中获取截面描述信息，采用原始 CAD 模型进行直接切片将具有如下优点：

　　1. 能提高芯片的精度，特别是对于具有高阶曲面的零件，精度提高更加明显

　　2. 能减少快速成型的前处理时间

　　3. 可避免 STL 格式文件的检查和修改过程